10.3. Синхронное образование материала и формообразование прототипа детали

Можно выделить в отдельную группу получение изделий машиностроения обработкой не материалов, а сырья для них. Разработаны технологии, при которых синхронно протекают стадии образования материалов и стадии получения изделий с определенными формами. Одно из крупных направлений - «порошковая металлургия». Данный метод позволяет получать широкий спектр изделий из черных, цветных металлов, а также полимерных материалов.

Созданы технологии стереолитографии (SLA-технология) и ее вариант FTI-технология, которые воплощают единство формообразования с компьютерным высокоинтеллектуальным управлением химическими реакциями образования полимеров из мономеров. Она способна давать как товарную продукцию, например, полимерные сосуды, клапаны для хирургических операций и т.п., так и образцы мастер-моделей. Применение этой технологии позволяет многим крупным автомобильным компаниям получать весьма значительную прибыль за счет экономии путем повышении темпа проведения проектных работ, включая стадии создания мастер-моделей.

Лазерная стереолитография - -это технология изготовления прототипов деталей по данным трехмерной компьютерной модели путем послойного отверждения жидкого фотополимера под воздействием луча лазера. Термин «стереолитография» был введен Ч.Халлом – основателем фирмы 3D Systems. Стереолитография позволяет получать наиболее точные и наиболее сложные модели, а используемые в технологии SLA материалы обладают рядом преимуществ: прочность, прозрачность, влагостойкость, легкость обработки поверхности, возможность склейки и покраски.

Лазерная стереолитография позволяет за считанные часы получать прототип детали любой сложности. Максимальный размер цельной детали 350х350х350. При изготовлении более крупного прототипа проводят членение компьютерной модели на элементы с габаритами не более указанных выше и последущую их сборку (склейку) после изготовления.

Стадии процесса: создание геометрической модели изделия→ послойное представление изделия на основе математической модели → подготовка управляющей программы в виде цифрового кода для работы лазерной установки→передача сигналов управляющей программы в лазерную установку.

Принцип работы: лазерный луч засвечивает фотополимер снизу через прозрачное дно сосуда. После образования первого твердого слоя ( верхний слой изделия) его поднимают на толщину следующего слоями. Так постепенно, слой за слоем, формируют модель.

Схема установки SLA (cтереолитографии) приведена на рис.10.5.

Стереолитографические модели позволяют:

●оценивать конструкцию и внешний вид разрабатываемых изделий;

●проверять собираемость и работоспособность конструкций;

●использовать их в качестве выжигаемых моделей для литья металлических деталей (QuickCast-технология);

●применять как мастер-модели при изготовлении оснастки для производства опытных образцов (эластичные силиконовые, металополи- мерные формы для литья пластмасс и восковых моделей);

●использовать в качестве элементов технологической оснастки (форм для литьевых легкоплавких материалов: воск, гипс, литьевые смолы).

Рис.10.5.Принципиальная схема установки SLA-стереолитографии

Особенностью стереолитографии является наличие поддерживающих структур, что позволяет:

●обеспечить равномерность толщины слоя вне зависимости от возможной деформации платформы;

●стабилизировать выступы, консоли на краях модели;

●предотвратить расслаивание в сложных участках модели;

●обеспечить простоту извлечения модели из ванны.

DSM Somos, американский филиал голландской химической компании DSM, специализирующийся на материалах для быстрого прототипирования,

(синоним стереолитографии) представил два новых сорта смолы для стереолитографии.

Утверждают, что материал «Somos 9110» имеет многие из механических свойств полипропилена, включая прочность и оптические характеристики. Сорт «10120 WaterClear», наоборот, схож с поликарбонатом во многих из его свойств, особенно прозрачности. Согласно DSM Somos, отдельные семейства изделий фотополимера эпоксидной смолы составлены из материалов, специально подготовленных для различных коммерческих платформ стереолитографии.

Технология FTI (film transfer imaging – послойный перенос изображения за счет формирования пленочного слоя). FTI-технология является модифицированной технологией классической технологии стереолитографии (быстрого прототипирования), вышла на рынок с середины 2009 г. и запатентована фирмой 3D Systems. Эта технология реализована в 3D-принтерах серии VFlash©. Отличительная особенность технологии FTI заключается в применении как модельного материала и материала поддерживающих структур – специального фотополимера, отличающегося по химическому составу от фотополимеров, применяемых для создания прототипов по технологии стереолитографии (рис.10.6. и табл.10.1.).

Рис.10.6.Схема FTI-технологии послойного построения модели

Принцип создания моделей (технология компании 3D Systems) состоит в послойном отверждении полимерного материала в свете ультрафиолетовой лампы. Засветку текущего слоя полимера осуществляют в соответствии с рабочим файлом 3D-модели. Отверждение жидкого полимера выполняют избирательно только в тех местах текущего слоя, которые соответствуют выращиваемому сечению 3D-модели. Напротив, та часть слоя жидкого полимера, которая находится за пределами текущего сечения 3D-модели, остается неотвержденной и может быть использована еще раз. Далее действие повторяется и так до тех пор, пока не будет сформирован последний слой модели (прототипа).

Программа подготовки рабочего файла модели позволяет ориентировать модель на рабочем столе установки для быстрого прототипирования;

Таблица10.1.Сравнительная оценка стерео литографии (SLA)