Лекция №14 Быстрое прототипирование

Физическая сущность

Идеология ускоренного формирования изделия (модели, прототипа) базируется на следующих принципах:

1. возможности компьютерного проектирования изделия, компьютерной оптимизации его конструкции, исходя из требований дизайна, функциональных и др. свойств:

2. трансформации трехкратной модели в совокупность послойных моделей:

3. возможности воспроизвести эту совокупность послойных моделей, т.е. материализовать всю модель как единое целое как твердотельное изделие или его прототип

Но главное достоинство состоит в том, что идея способа генеративного (послойного) изготовления является объединяющий, интегрирующий процессы моделирования, создания инструментального обеспечения и изготовления.

В настоящее время используется несколько технологий быстрого прототипирования. Среди них:

- стереолитография, отверждение на твердом основании,

- нанесение термопластов,

- распыление термопластов,

- лазерное спекание порошков,

- моделирование при помощи склейки.

3D collaboration and decision Center (3D cadCenter) – центр виртуальной реальности для совместной работы и принятия коллективных решений.

3D virtual interactive prototyping Center (3D vipCenter) – центр виртуальной реальности для виртуального интерактивного прототипирования. Рассчитан на 1-2 человека, в случае комплектации системой трекинга, позволяет воспринимать 3D графику аналогично голографии.

Недостатки технологий БП:

- Относительно высокая цена установок и расходных материалов.

- Невысокая точность

- Относительно низкая прочность моделей

Цена – 1$ за см³

Толщина стенки не менее 1 мм.

История

Примерно с начала 1980-х начали интенсивно развиваться технологии формирования трёхмерных объектов не путём удаления материала (точение, фрезерование, электроэрозионная обработка) или изменения формы заготовки (ковка, штамповка, прессовка), а путём постепенного наращивания (добавления) материала или изменения фазового состояния вещества в заданной области пространства. На данный момент значительного прогресса достигли технологии послойного формирования трёхмерных объектов по их компьютерным образам. Эти технологии известны под разными терминами, например, SFF (Solid Freeform Fabrication), FFFF (Fast Free Form Fabrication) или CARP (Computer Aided Rapid Prototyping)

Технические подробности

Применительно к САПР и автоматизированной подготовке производства, включает современные прогрессивные компьютерные технологии изготовления физических прототипов деталей. В таких отраслях промышленности, как автомобиле- и самолетостроении, электронике, медицине, где создаются сложные машины и оборудование, изготовляется множество экспериментальных образцов моделей и макетов деталей, требующих много времени для конструирования и изготовления. Технологии быстрого прототипирования позволяют сократить срок изготовления изделия (модели) в 10-100 раз за счет быстрого экономичного преобразования в изделие (модель) результаты автоматизированного проектирования, исключая необходимость изготовления чертежей.

Разработанные к настоящему времени способы материализации теоретических моделей различны по многим признакам и технологическим возможностям, однако, всем существующим способам присущим следующие общие признаки:

- все прототипы или изделия изготавливаются на основе 3D – CAD проектирования;

- все прототипы или изделия изготавливаются послойно;

- собственно изделия или его прототип получают не путем снятия припуска с заготовки, а посредством наращивания, добавления материала, т.е. генеративным способом;

- наращивание материала в процессе формообразования происходит чаще всего в переходной его фазе из жидкого или порошковообразного к твердому состоянию

- изготовление изделия прототипа не требует форм или инструмента, а значит, отпадают проблемы, связанные с износом инструмента при формообразовании резаньем, штамповкой, ковкой и т.д.;

- отсутствует та или иная степень ограничений, связанных со сложностью формы изделия (внутренние полости, сложные внутренние или внешние поверхности), чем сложнее конфигурация изделия, тем большее преимущество процесса;

- резкое сокращение затрат времени;

- эффективность всех способов RP существенно повышается при их интеграции с завершающей технологией изготовления твердотельных изделий – вакуумное литье, литье под давлением и др. его виды.