37. Технологии быстрого прототипирования (rp). Сущность технологии.

Создание любого нового изделия начинается с прототипирования. Цель создания качественного прототипа заключается в точном повторении геометрической формы, собираемости, внешнего вида детали и поиска материалов, максимально похожих на заданные. Очень удобны технологии быстрого прототипирования - послойного синтеза макета по компьютерной модели изделия. Такой прототип позволяет оценить внешний вид детали, проверить элементы конструкции, сделать необходимые испытания, получить мастер-модель для последующего литья. RP-технологии в прототипировании значительно сокращают сроки подготовки производства, разрешают отказаться от длительного и трудоемкого этапа изготовления опытных образцов вручную или на станках с ЧПУ.

Прототип строят, используя твердотельную модель из CAD-систем или модель с замкнутыми поверхностными контурами. При этом модель рассекают на тонкие слои в поперечном сечении, используя специальную программу. Каждый слой имеет толщину, равную разрешающей способности оборудования по z-координате. Обязательно оставляется припуск на механическую обработку. Так деталь послойно строят до получения физического прототипа.

Схема всех установок для изготовления прототипов примерно одинакова: тонкий слой материала наносят на рабочий стол, элеватор установки, который воспроизводит первое сечение изделия, далее элеватор смещается вниз на один шаг и наносится следующий слой. Так послойно строится модель нужной формы требуемого изделия.

Существует множество технологий прототипирования. Основным различием между ними является прототипирующий материал и способ его нанесения. Рассмотреть основные.

Стереолитография. Это самый первый и наиболее распространенный метод прототипирования. Он имеет достаточно низкую стоимость прототипа. Метод основан на послойном отверждении жидкого фотополимера лазерным лучом, направляемым сканирующей системой. Применяется твердый и хрупкий полупрозрачный материал. Он хорошо обрабатывается, склеивается, окрашивается, но подвержен короблению под влиянием атмосферной влаги. Поверхности имеют хорошее качество.

Технология SLS - лазерное спекание порошковых материалов. Она в качестве рабочего материала применяет порошковый пластик, металл или керамику. Сначала на поверхность наносится тонким слоем порошок, затем лазерным лучом его спекают. При этом формируется твердая масса, которая соответствует сечению модели и определяет геометрию детали. Полученные по этой технологии прототипы имеют хорошие механические свойства.

Технология FDM - послойное наложение расплавленной полимерной нити. Нити при этом берутся из АБС, поликарбоната или воска. Термопласт выдавливается через специальную головку с определенной температурой, переходя при этом в полужидкое состояние. Затем он наносится тонкими слоями на неподвижное основание с очень высокой точностью. Слои затвердевают и соединяются друг с другом. Технология используется, чтобы получить единичные образцы изделий

Технология струйного моделирования. Она имеет несколько разновидностей, которые отличаются своими особенностями, но работают по одному принципу. Головка, имеет от двух до 96 сопел. С ее помощью наносится модельный и поддерживающий материал на плоскость слоя. В качестве поддерживающего материала чаще применяется воск, в качестве модельного - материалы, близкие по свойствам к конструкционным термопластам. Этим методом можно получить прозрачные и окрашенные прототипы с различными механическими свойствами - как мягкими, резиноподобными, так и твердыми, похожими на пластики.

Технология склеивания порошков. В этой технологии применяется крахмально-целлюлозный порошок и жидкий клей на водяной основе. Жидкий клей поступает из струйной головки и склеивает порошок, образуя контур модели. Эта технология разрешает создавать и раскрашивать 3D-объекты произвольной формы.

Технология LOM. Для создания слоев прототипа используется ламинирование бумажного листа. Лазером вырезают контур слоя, а излишки материала измельчаются и легко удаляются. Структура такого прототипа аналогична древесной, боится влаги.

SGC - облучение УФ-лампой через фотомаску. Согласно этой технологии сначала на поверхность распыляют тонкий слой фоточуствительного пластика. После этого полученный слой облучают ультрафиолетом через фотомаску с изображением очередного сечения. Излишки материала удаляют вакуумом. Отвержденный материал еще раз облучают жестким ультрафиолетом. Пустые места заполняются воском для поддержания следующих слоев.

Точность изготовления прототипа по разным технологиям может быть разной. При уменьшении толщины слоя точность увеличивается, но уменьшается скорость изготовления. Это заставляет расти стоимость. Стоимость прототипа зависит также и от объема.

Сущность технологии быстрого прототипирования - это послойный синтез или послойное "выращивание" модели или готового изделия непосредственно по электронным данным – компьютерной CAD-модели (формат STL) без использования технологической оснастки. Преимущества: скорость, точность, снижение затрат на НИОКР. RP-технология особенно привлекательна для изготовления опытных, единичных, эксклюзивных и уникальных образцов, поскольку не требует изготовления специальной оснастки, минимизирует ручной труд. Широко используется в машиностроении, электронной и электротехнической промышленностях, полиграфии, медицине, ювелирном деле, архитектурном моделировании и т.д.