Témata
Reklama

Tisk prostorových modelů

10. 03. 2004

Rychlá a levná realizace konstruktérovy tvůrčí myšlenky do výrobku pomocí počítačového zpracování je jedním z hlavních cílů moderní techniky a vývoj procesů trojrozměrného tisku ji k tomuto cíli značnou měrou posouvá

Tradiční zpracování kovů a plastů se neobejde bez výroby nástrojů, forem a řady speciálních jedno- i víceúčelových strojů na pořízení velkých sérií výrobků v nejkratším čase. Pro malé série nebo jednotlivé prototypy se často nevyplácí ani výroba nástroje a ani pracovní čas není mnohdy efektivně využit. Proto vznikly technologie, jako Rapid Prototyping (RP) a Rapid Tooling (RT), které z konstrukčních dat CAD programů (Computer Assisted Design) převádí procesem SFF (Solid Freeform Fabrication) data přímo do trojrozměrných objektů. Podstatou SFF je rozložení 2D a 3D modelů z CAD do řezů a vytvoření 3D objektů vrstvením různými technikami.
Reklama
Reklama
Reklama

Základem jsou tenké vrstvy

Zpracování dat do 3D tisku umožnily především nové výkonné a rychlé počítače, vývoj softwaru, skenerů a tomografie s vysokou rozlišovací schopností. Vývoj laserové techniky přispěl nejen pro vlastní nanášení vrstev, ale i pro vrtání mikronových otvorů do tiskových hlav, které dávkují inkousty v pikolitrových (1 pl = 10-12 l) kapkách. Často se zapomíná na to, že 3D tisk by nebyl možný bez vývoje a výroby inkoustů obsahujících pojiva, bez pigmentů, kovových a keramických prášků s částicemi submikronové až nanometrové velikosti, které jsou srovnatelné s částicemi v cigaretovém dýmu. Ovšem nebylo by to možné ani bez vhodných plastů různých typů a forem od metakrylátů (PMMA), jako je plexisklo, přes polyuretany, polyimidy a silikony až po biologicky odbouratelné polymery.
V oboru MEMS (MicroElectronic Mechanical Systems) bylo zapotřebí vývoje metody a techniky, která nanesené vrstvy změří v osách XY (v µm až mm) i v ose Z (v nm až µm), a to dynamicky za pohybu bez narušení výrobního taktu. Navíc přibyly techniky, které u těchto subtilních struktur stanoví jejich chemické složení a barevně zobrazí rozložení jednotlivých prvků.
Ještě před několika lety byly drahé RP technologie výsadou automobilového průmyslu, dnes pronikají do dalších oborů a stávají se výrobní metodou. Protože se realizují na stolních počítačích a tiskárny se svou velikostí přibližují stolním, razí se pro ně označení Desktop Manufacturing a pro trojrozměrný tisk souhrnné označení 3D Printing (3Dimensional Printing), i když toto označení je ochrannou známkou pro jeden z procesů 3D tisku.

První LIGA z Karlsruhe

Zřejmě nejstaršími technikami jsou optická, UV a rentgenová litografie. Nejdříve se uplatnily v mikroelektronice s požadavkem stále větší hustoty integrace elektronických prvků v integrovaných obvodech pro LSI (Large Scale Integration) a VLSI (Very Large Scale Integration), příp. ultraintegraci (ULSI) ve výrobě čipů na křemíkových destičkách.
Pro zpracování nekřemíkových materiálů vznikl v ústavu Forschungszentrum v Karlsruhe proces LIGA (akronym z RöntgentiefenLIthographie, Galvanoformung und Abformung). Proces využívá rentgenového ozáření pevného polymeru na bázi PMMA citlivého na záření přes masku s požadovaným 2D obrazem.
V místech ozáření dojde v polymeru absorpcí záření ke změně struktury, která se následně selektivně hloubkově odleptá mokrou cestou. Takto vzniklý 3D objekt se galvanoplasticky zaplní kovem (zlato, měď, nikl nebo slitina Ni-Fe) a zbývající polymer se odstraní. Vzniká tak 3D model, který lze použít k výrobě forem nebo jader pro vstřikování funkčních dílů z plastů (POM, PEEK, PVDF, PSU, PC aj.), z kovových prášků (MIM) nebo prášků z keramiky (CIM) Al2O3, ZrO2 či PZT. Předností technologie LIGA jsou jakostní svislé povrchy (Ra do 0,05 µm) o výšce do 3 mm a malé boční vzdálenosti mezi tvary až 0,2 µm.
Vyrábí se tak nejen mikroelektronické komponenty, ale i díly pro mikrotechniku (MEMS), jako různé snímače, např. známé snímače pro biometrickou identifikaci a digitální snímání otisků prstů, a elementy pro mikrofluidiku, jako jsou mikročerpadla a mikroventily. Právě výroba mikrotechnických strojních dílů má charakter RP, i když finální výrobek se často neobejde bez dalších technik, jako je lepení a mikroobrábění.

Stereolitografie a Rapid Prototyping

Ve stereolitografii (SLA i SLC) využívající technologii 3D Systems se laserem a skenerem vytvrzuje použitý polymer na tvarově složité prostorové díly. To se provádí po vrstvách v nádobě s kapalným fotopolymerem, práškovým polymerem (nejčastěji polyamid 6.6) nebo reaktoplastem (epoxid). Používané materiály, fotopolymery citlivé na určitou vlnovou délku záření, jsou poměrně drahé, proto novější zařízení s pevnolátkovým diodovým Nd:YAG laserem pracuje s levnějšími akrylátovými fotopolymery. Nové zařízení Viper si2 pro výrobu dílů o rozměrech až 250 x 250 x 250 mm používá nového, výkonnějšího laseru Nd:YVO4. Rychlost nanášení lze zvýšit i užitím dvou laserů. Tuto technologii využívá zařízení Sony pro díly o rozměrech až 991 x 787 x 508 mm.
Ovšem ani využití viditelného světla pro vytvrzení nelze opomíjet. V roce 2001 jej vystavovala na hannoverském veletrhu společnost Envision Technologies.
Stereolitografie se úspěšně používá k výrobě modelů pro výrobu forem, jader a jaderníků ve slévárenství (technologie QuickCast) a vložek nástrojů (např. forem pro vstřikování plastů) z otěruvzdorné SiC keramiky infiltrované křemíkem Si/SiC. Tyto formy mají vysokou životnost a používají se především pro zpracování plastů s vyztužením pomocí skleněných vláken.
Přehled jednotlivých zařízení je uveden v tabulce č. 1. Nevýhodou je jak drahé zařízení, tak velmi nákladné materiály a použití pomocných médií náročných na likvidaci.

Prášková metalurgie v garáži

Selektivní laserové slinování Selective Laser Sintering (SLS) lze celkem bez nadsázky provozovat i v garáži. Zařízení dosahují velikosti skříně a stále se zmenšují a i když technika SLS nepatří k nejlevnějším, je velmi přesná.
V technologii 3D Systems se zařízením Vanguard si2, vybaveném CO2 laserem o výkonu 25 nebo 100 kW, natavují a slinují zrna keramického, kovového, plastového (polyamid 6.6, nověji též vyztuženého krátkými skleněnými vlákny PA 6.6GF) nebo elastomerového prášku po vrstvách. Vše se děje na základě připravených dat z CAD systému. Přitom vzniká slinutý pevný a přesný 3D objekt (30 x 320 x 445 mm). Tvarem a povrchem jsou díly blízké požadavkům near net shape a net shape, tj. hotový funkční výrobek s případnou úpravou lakováním, povlakováním nebo pokovením. Porézní kovové SLS skořepiny lze ještě při vyšších teplotách infiltrovat různými kovy (zvýšení hustoty).
S procesem SLS pracuje i německá společnost EOS GmbH Electro Optical Systems pod označením Eosint. Využívá jej při výrobě prototypů, vložek nástrojů, slévárenských forem a jader pro lití do písku. Do dělených skořepin lze odlévat voskové modely, příp. cestou SLS modelu vyrobit silikonové formy, do nichž lze voskové modely pro přesné lití metodou vytavitelného modelu rovněž odlévat.
SLS patří k nejšíře propracovaným technologiím RP a RT užívaných i v ČR, např. pražskou firmou 3D Tech (viz MM Průmyslové spektrum č. 1, 2/2002).
O dalších možnostech, které tisk prostorových modelů nabízí, se dozvíte v příštím vydání.
Reklama
Vydání #3
Kód článku: 40327
Datum: 10. 03. 2004
Rubrika: Informační technologie / CAD/CAM/CAE
Autor:
Firmy
Související články
Zvyšte potenciál svého 2D CAD softwaru!

Stále příliš mnoho firem přichází o své finanční prostředky tím, že sice využívají nové technologie, ale ty nezvyšují jejich celkový potenciál. V takovém případě pomůže aplikace DraftSight od Dassault Syst?mes. Pomocí tohoto softwaru lze spouštět stávající DWG soubory a vytvářet nové za zlomek nákladů oproti jiným CAD řešením.

Aerospace - vlajkový průmysl s extrémními nároky

Letecký průmysl je ve Francii významným oborem, a tak není divu, že společnost Missler Software získala v této oblasti jedinečné zkušenosti díky spolupráci s většinou subdodavatelů v oboru. To ji spolu s tisíci díly obráběnými pomocí TopSolidCam řadí mezi špičky v leteckých technologiích.

Zlepšení produktivity navrhování a obrábění

O něco málo více než po roce je tu opět nová verze parametrického 3D modeláře Creo. Jak se povedlo vývojářům do již páté verze Creo zakomponovat požadavky trhu a jaké jsou hlavní směry inovací?

Související články
Příprava CAD modelu součásti pro výrobu

NC programátoři se velmi často potýkají s problémy týkajícími se různé kvality trojrozměrných modelů potřebné pro programování obrábění. Úpravy mohou být obtížné, protože 3D modely součástí často pocházejí z různých zdrojů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Letadlo poháněné sluneční energií vyrazilo na cestu kolem světa

Solar Impulse je projekt mající za cíl vyrobit letadlo poháněné sluneční energií, které dokáže obletět Zemi. Letoun je dílem švýcarského psychiatra a vzduchoplavce Bertranda Piccarda, jednoho z pilotů prvního balonu, který obletěl celý svět bez jediné přestávky, a švýcarského inženýra a podnikatele Andrého Borschberga. Vývoj zastřešuje polytechnika v Lausanne a podílí se na něm několik desítek specialistů.

Setkávání

Setkávání uživatelů konstrukčních a technologických softwarů má již dlouholetou tradici. Informace o novinkách, představení nejrůznějších tipů a triků, někdy i možnost si zasoutěžit a v neposlední řadě rovněž výměna zkušeností v neformální atmosféře patří k hlavním bodům programu takovýchto akcí.

Konstrukce i technologie snadno, rychle a bezpečně

CAD/CAM systém TopSolid verze 7.9 přináší v návaznosti na technologickou část další rozšíření možností v oblasti obecné konstrukce.

Softwarový simulátor stavebního stroje nahrazuje nákladné prototypy

Vývoj stavebních strojů bývá spojen se stavbou fyzických prototypů nových zařízení. Ty však vyžadují vysoké finanční náklady a množství času. Efektivní řešení dnes nabízejí softwarové simulátory. Společnost Volvo Construction Equipment zařadila do vývoje simulátor „human-in-the-loop“, který vyvinula v nástrojích Matlab a Simulink firmy MathWorks.

Od správy nástrojů po simulaci NC programů

V oblasti integrované správy nástrojů u společnosti KHS hraje software pro správu nástrojových dat TDM zásadní úlohu. Tento software zde byl zaveden před čtyřmi lety a v současné době poskytuje 3D modely nástrojů a nástrojová a technologická data pro NC programování, simulaci výroby, seřizování nástrojů, jakož i pro správu skladových zásob.nástrojů, jakož i pro správu skladových zásob.

Softwarové řešení pro přípravu NC programů

Firma FANUC nabízí možnost rozšíření svých CNC řídicích systémů o grafické programovací prostředí nazvané Manual Guide i.

CAM pro CMM

V posledních letech se ve strojírenství stále více dbá na přesnost výroby a tím i na kvalitu a efektivnost měřicího procesu. Měřicí proces dnes zasahuje i do různých stadií výroby, nejen do závěrečného procesu kontroly výrobku.

Racionalizace obráběcích operací s podporou CAD/CAM systému

V roce 2010 společnost Montupet zahájila výrobu na nové obráběcí lince v Laigneville ve Francii s cílem optimalizovat výrobu hlav spalovacích motorů a dalších slévárenských dílců pro automobilový průmysl. Mladý tým zkušebního centra pro podporu a vývoj technologií, který se v průběhu let rozrostl ze dvou na deset lidí, si vybral Missler Software jako ideálního partnera na pomoc při racionalizaci pracovních procesů ve svých závodech. TopSolid CAD a CAM jsou velmi vhodné pro systemizaci procesů obrábění a přesné zdokumentování jednoho každého výrobního postupu.

Komplexní CAM systém s metrologickými nástroji

Je tomu již několik let, kdy se systém Surfcam zařadil do portfolia produktů společnosti Vero Software, která je součástí nadnárodního technologického koncernu Hexagon. Takováto součinnost softwarových gigantů zaručuje optimální kombinaci nejmodernějších technologií v oblasti výroby a špičkových metrologických nástrojů.

Simulace v konstrukci - klíč k inovacím

Dlouho zažitým paradigmatem v průmyslových společnostech je striktní rozdělení konstrukčního a výpočtářského oddělení. To je sice určeno pevnými historicky danými důvody, ale ty v současné době začínají pomíjet. Ve stále více společnostech mají konstruktéři možnost provádět průběžně již během konstrukce jednoduché analýzy a vývojový proces tím zefektivnit. Jak tento trend zachytit a být úspěšní v inovativních řešeních?

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