книги / Основы САПР. CAD CAM CAE

вается, что собрать продукт можно лишь с большими трудностями, а порой и во­

все невозможно. Для простых сборных конструкций возможность или простоту

сборки можно оценить, глядя на чертеж. Однако на практике принято выпол­ нять такую проверку путем реальной сборки. В этом случае прототипы, созда­

ваемые методом быстрого прототипирования и изготовления, весьма полезны,

поскольку компоненты, сделанные из другого материала, являются тем не менее

достаточно адекватными для выполнения сборки. Использование прототипов

вместо реальных компонентов дает значительную экономию времени и средств.

При тестировании кинематических характеристш< проверяется, функционируют

ли движущиеся части сборной конструкции так, как это задумьша.тюсь. Движе­

юно деталей часто препятствуют неожиданные помехи или другие компоненты

сборки. Фактически неuозможность движения некоторых компонентов по при­

чине столкновения одних компонентов с другими может быть выявлена только при тестировании собранного физического прототипа. Поскольку кинематиче­ ские характеристики могут быть проверены на компонентах, не имеющих такой степени прочности, как требуется для конечного продукта, прототипы, изготов­ ленные методом быстрого прототипирования, снова оказываются весьма полезны.

Прототип, созданный посредством быстрого прототипирования и изготовления,

можно также использовать для проверки аэродинамических характеристик кон­

струкции путем ее продувки в аэродинамической трубе. Ключевую роль в опре­

делении аэродинамических характеристик детали играет ее геометрическая фор­

ма, поэтому здесь подойдет прототип, изготовленный из другого материала.

Однако для проверки других характеристик - прочности, пределов рабочей тем­ пературы, уста.тюсти и коррозионной устойчивости - требуется, чтобы прототип был сделан из того же материала, что и оригинальная конструкция. К сожа­

лению, ввиду ограничений на типы материалов, которые могут использоваться

для быстрого прототипирования и изготовления, многие из материалов, указы­

ваемых конструкторами, не подходят для создания прототипов этим методом.

Однако такие прототипы могут использоваться в качестве шаблонов для других

производственных процессов, которые мы опишем в следующем разделе. На на­

стоящий момент успешно опробован ряд методов, позволяющих относительно быстро и рентабельно пройти путь от прототипа до реальной функциональной

детали.

Значительные преимущества, например, обеспечивает сочетание изготовления

моделей и литья. В этом случае литейная модель и стержни изготавливаются

системой быстрого прототипирования и используются так же, как и деревянные модели и обычные стержни. Модели могут также использоваться для копирова­

ния. Еще одно важное применевне прототипов - нанесение покрытий. В частно­

сти, приобретает популярность изготовление катодов для процедур электроэрози­ оююй обработки путем нанесения покрытия на медные детали. Ниже приведен

перечень технологий производства, в которых в качестве шаблонов можно исполь­ зовать прототипы, созданные методом быстрого прототипирования [75]:

Овулканизационное литье из силикона при комнатной температуре;

Овакуумное литье;

Оформовое блочное литье;

Оаэрозольное металлическое литье (процесс Тафа);

Олитьевое прессование пластмасс;

Олитье в песчаные формы из алюминия и черных металлов;

Олитье по выплавляемым моделям;

Оинструменты для электроэрозношюй обработки (процесс Хаузермана).

Какая из технологий ОI<ажется наиболее выгодной, зависит от размеров 11 гео­

метрии прототипа, типа материала функционального компонента, требуемой точ­ ности и количества компонентов, которые необходимо изготовить.

12.3.3. Процессы быстрой инструментовки

Быстрая иистру.меитовка (mpicl tooling) ...,... новый термин, не имеющий четкого

определения. Первонача.тiыю он использовался лишь применителыю к быстро­

му прототипированию, но потом стал применяться для описания всех процессов,

позволяющих быстро изготавливать инструменты. Сюда относятся процессы об­

работки (например, высокоскоростная ре;ща) и процессы быстрого прототипи­

рования и изготовления.

Если говорить о быстром протопшировании, то быстрая инструментовка Ш(ЛЮ­ чает в себя четыре пша методов, различающихся числом инверсий шаблона: прямая обработка, одноинверсная обработка, Двухинверсная обработка и трех­

инверсная обработка. Увеличивая число шшерсиli, можно повыс1пь надежность

продукта, но стоимость его при этом будет расти, а точность изготовления -

уменьшаться.

Методы прямой инструментовки

При прямой инструментовке инструменты изготавливаются непосредственно пу­ тем быстрого прототипирования. АСЕS-литье под давлением (Direct AIM) фир­

мы 3D Systems, RapidTool фирмы DTM, Solifoпв и литье с прямым изготовлени­

ем оболочi<Овых форм (DSPC) являются методами прямой инструментовки.

В процессе Direct AIM стержневая и полостная вставки для лите1':'шой формы из­

готавливаются методом стереошпографш1 из SL-фотополимера с температурой

стеклования всего 75 °С. Метод ACES, который мы будем обсуждать позже, - это технология изготовления, разработанная фирмоi'I 3D Systems. Пример

стержневой и полостной вставш<, изготовленных по методу ACES компанией

Xerox с использованием полимера Cibatool SL5170, показан на рис. 12.11. В сбо­

ре эти всташш образуют стержневую и полостную части основания формы. Ком­

пании Xerox удалось изготовить 100 частей литеilной формы из требуемого ма­

териала за 5 дней. На переднем плане рис. 12.11 показавы две полистироловые

ручки переклю<rателя (одна- с еще не удаленным лiпникоr.I) [76].

В процессе RapidTool используется железистый сплав с малым содержанием уг­

лерода, имеющий форму частиц размером 50 мкм, нокрытых полимером. Поли­

мерный слой этого порошка расплавляется машиной для лазерного спекания.

~зеленая деталь>>, созданная таким способом, прошпьшается растворимым в

воде полимерным связующим веществом. Пропитка осуществляется путем по­

гружения <<зеленой детали>> на глубину около 0,5 мм в ванну с полимером. Бла-

Одноинверсные методы

Одиоииверсиые методы (single-гeve~-se тethods) предназначены для непосредст­

венного преобразования различных шаблоноu быстрого прототипнровання n ли­

тые детали из других 1\tатериалов. Литье по выплавляемым моделям, аэрозоль­ ное металлическое литье и вулканизационное литье из силиконовой резины

являются одноинверсными методами. Процесс одноинверсной инструментовки

изображен на рис. 12.14.

у

Рис. 12.14. Процесс одноинверсной инструментовки

Литье по выплавляемым моделям - это прецизионный процесс литья, исполь­

зуемый для изготовления металлических деталеli почти из любых сплавов. Хотя в прошлом он использовался главным образом для создания произведений ис­

кусства, теперь этот метод широко используется в производстве компонентов,

требующих сложного, высокоточного, зачастую тонкого литья высокого качества.

В отличие от литья в песчаные формы, где по одной модели можно изготовить

большое количество форм, при литье по выплавляемым моделям для каждой от­ ливки необходимо использовать новую форму. Эти модели, обычно изготавли­

ваемые методом литья под давлением, сделаны из воска, формула которого спе­

циально подобрана для этого процесса. Готовая восковая модель объединяется с

другими восковыми компонентами, образуя систему подачи металла, назьшае­ мую систе.мой литииков и желобов (gate and 1unner systeт). Далее вся восковая конструкция опускается в суспензию, обсыпается песком и оставляется высыхать. Многократные процедуры погружения и обсыпания повторяются до тех пор, пока

не будет наращена оболочка толщиной 6,35-9,5 мм. По высых<ШIШ керамики вся

сборка помещается в паршюй автоклав, чтобы удалить большую часть воска. По­

сле автоклавирования оставшийся воск, впитавшийся в керамическую оболочку,

выжигается в воздушной печи. В результате получается пустая оболоч.ка. Затем ее

обычно нагревают до определенно!! температуры и заливают в нее расплавленный металл. Нагревание формы помогает заполнить сложные конфигурации и тонкие

Табпица 12.3. Сравнение различных процессов быстрого прототипирования для изготовления литейных моделей