Трехмерная печать (3D Printers)

В своём большинстве системы быстрого прототипирования являются громоздкими и дорогостоящими установками. Небольшие компании не могут себе позволить их приобрести. Поэтому они заказывают свои модели на фирмах, специализирующихся на этих технологиях или услугах по прототипированию. Некоторые крупные компании покупают одну или две RP-установки, которые используются различными службами, что приводит к задержке изготовления моделей. Для многих специалистов, которые занимаются концептуальным проектированием и которым необходимо только взглянуть на деталь и затем продолжить разработку, очень важен фактор быстрого, недорогого и простого получения прототипов проектируемых изделий.

Для той трети рынка RP, которой требуются прототипы для визуальной оценки, начали производиться так называемые "принтеры твердотельных объектов" (Three Dimentional Printer - 3D Printer) - системы, которые строят физические модели движением материала из одной или нескольких струйных головок, подобно обычному принтеру.

 

Рис. 3.14 Пример прототипов, изготовленных из ABS пластика

по технологии FDM

 

Как и традиционные RP-машины, 3D принтеры изготавливают физические модели, основанные на CAD-модели, используя, в основном, технологии струйного моделирования и технологии использования для формирования детали порошка, который затвердевает при помощи связывающего вещества на водной основе (Рис. 3.15).

Обычно 3D принтеры не дают высокой точности и прочности готового прототипа, однако механических свойств таких прототипов достаточно для визуализации разрабатываемого изделия.

Стоимость таких установок колеблется от 35000 до 50000 долларов, тогда как цена традиционных RP-систем начинается с 65000 долларов и доходит до 800000 долларов. Стоимость прототипов, изготовленных на 3D принтерах составляет от 15 до 35 долларов.

 

 

Рис. 3.15 Технология построения детали 3D принтером

 

3D принтеры более доступны, так как для их размещения не требуется специальных приспособлений и помещений, они могут размещаться непосредственно в офисе, у рабочего места конструктора. Кроме этого, 3D принтеры не используют вредные материалы или процессы.

Средняя область построения для 3D принтеров составляет куб со сторонами 203 мм.

Рассмотрим 3D-принтеры от 3D Systems, Stratasys и Z Corporation.

 

Genisys (Stratasys)

 

Этот трехмерный принтер (Рис. 3.16) изготавливает относительно прочные детали, используя разновидность технологии FDM (Fused Deposition Modelling), традиционно используемой системами Stratasys. Этот процесс включает в себя нагревание термопластического материала до температуры плавления и его выдавливание для формирования детали. Толщина каждого слоя составляет 0.014 дюйма (0.36 мм). Genisys предоставляет возможность расположения нескольких деталей одна в другой или одновременное размещение нескольких деталей в рабочей области.

Это удобно при изготовлении нескольких вариантов детали в одно и тоже время.

Размер формируемой детали: 305х203х203 мм. Скорость изготовления: 101 мм/сек.

 

Рис. 3.16 3D принтер Genisys

 

Программное обеспечение - AutoGen - соответствующим образом позиционорует 3D модель, послойно её разбивает, формирует поддержку (при необходимости) и начинает изготовление. Точность изготовления 0.356 мм.

Z 402 (Z Corporation)

 

В этом процессе, машина распределяет слой порошка по поверхности рабочей ёмкости. В качестве строительного материала используется специальный крахмально-целлюлозный порошок. Жидкий клей на водяной основе, поступая из 128-струйной головки, связывает частицы порошка, формируя контур одного сечения модели. Затем рабочая ёмкость опускается на толщину одного слоя; по всему объёму ёмкости, в том числе и по предыдущему слою, распределяется новый слой порошка, инжекционная головка очерчивает контур следующего сечения, и т.д. После окончания построения излишки порошка удаляются (Рис. 3.17). Для увеличения прочности модели, имеющиеся пустоты могут быть заполнены жидким воском.

 

     Рис.3.17 Примеры деталей, изготовленных на 3D принтере Z402

 

Скорость является основным отличием этой установки. Она изготавливает модели, по крайней мере, в 10 раз быстрее, чем самые быстрые конкурирующие системы. Деталь может быть изготовлена в период времени от нескольких минут до нескольких часов.

"Строительный" объём принтера Z402: 203*254*203 мм; вес: 136 кг.

Так как принтер имеет небольшие габариты и вес (Рис. 3.18), а также не использует в работе вредных материалов, то он может быть установлен непосредственно на рабочем месте конструктора, как и обычный принтер, и при необходимости может быть быстро доставлен в любое место.

 

 

Рис. 3.18 Z402 3D Printer

 

Z402 принтер был разработан и запатентован в Массачусетском Технологическом Институте, и лицензирован Z Corporation в 1994.

 

Actua 2100 (3 D Systems)

 

Эта система была выпущена компанией 3D Systems в 1996 году. Для обработки специального термополимерного материала, из которого изготавливается прототип, эта машина использует струйную технологию, или многоструйное моделирование.

Материал похож на твёрдый воск. Он накладывается слоями, толщина которых составляет 0,04 мм с разрешением 300 точек на дюйм. Стоимость установки около 65000 долларов.

В марте 1999 года фирма 3D Systems представила на рынок последователя системы Actua 2100 – ThermoJet. Эта установка работает по тому же принципу, что и Actua 2100, только в 3 раза быстрее. ThermoJet имеет 352 дюзы (для сравнения, у системы Actua 2100 их только 96). Технология изготовления прототипов при помощи ThermoJet аналогична принципу действия обычного принтера. Управляемая компьютером печатающая головка, выдавливает из тонких дюз расплавленную пластмассу и строит, таким образом, точную трехмерную модель. Используемый материал – это термополимер на основе воска, который имеет температуру плавления, равную 90⁰ С, а при комнатной температуре отвердевает.

При помощи установки ThermoJet можно изготавливать прототипы размером 250*190*200 мм, с толщиной слоя, равной 0,04 мм. Разрешение принтера составляет 400 точек на дюйм в направлении X, 300 – в направлении Y.

ThermoJet позволяет конструктору просто, быстро и с минимальными затратами изготовить концептуальную модель. После того, как конструктор закончил свой проект в CAD-системе, он отправляет данные, посредством обычной компьютерной сети на ThermoJet. За короткое время изготавливается прототип.

Кроме того, при цене в 50000 американских долларов ThermoJet является привлекательной альтернативой всем системам 3D печати.