Охарактеризуйте известные методы быстрого прототипирования и изготовления.

Быстрое прототипирование и изготовление Очень часто до начала производства детали из металла необходимо изготовить ее копию из пластика или композитного материала (называемую прототипом) для того, чтобы:

· визуально и тактильно оценить дизайн будущего изделия;

· проверить процессы сборки-разборки механизма из составляющих его деталей;

· протестировать кинематику механизма;

· вычислить реальные аэродинамические характеристики детали;

· использовать прототип для физического изготовления формы с последующим литьем в ней металлической детали.

Важно, что процесс изготовления детали из композитного материала не требует использования металлорежущих станков, а значит, отпадает необходимость в подготовке технологического плана изготовления прототипа и программирования станков с ЧПУ. Все данные для производства прототипа содержатся непосредственно в его твердотельной виртуальной модели. Процесс изготовления физической детали непосредственно по ее геометрической CAD'модели называется быстрым прототипированием. В настоящее время существуют следующие процессы быстрого прототипирования:

- стереолитография;

- отверждение на твердом основании;

- избирательное лазерное спекание;

- трехмерная печать;

- ламинирование;

- моделирование методом наплавления.

Существует несколько промышленных станков для производства деталей вышеперечисленными методами. Разберем подробнее самый популярный процесс быстрого прототипирования – стереолитографию. Данный процесс основам на избирательном отверждении фоточувствительного полимера (пластика). Исследования в этом направлении начались еще в конце 1970'х гг., а в 1987 г. фирма 3D Systems продемонстрировала первую промышленную установку для стереолитографии, называемую SLA'1. Входные геометрические данные для всех процессов быстрого прототипирования готовятся в мозаичном представлении, независимом от любой системы твердотельного моделирования (чаще всего в виде STL'файлов, структуру которых мы разобрали в одной из предыдущих лекций). Процесс протекает следующим образом:

1) определяется оптимальная ориентация детали в трехмерном пространстве и рассчитываются ее плоские сечения (называемые слоями), перпендикулярные оси z с заданным шагом (называемым толщиной слоя) в соответствии с выбранной ориентацией;

2) моделируются поддерживающие структуры в виде дополнительных частей изготавливаемой трехмерной детали (они также представляются в виде STL'файлов) и рассчитываются их поперечные сечения;

3) затвердевающий на свету фоточувствительный полимер, поддерживаемый в жидком состоянии, наливается в специальную форму, внутри которой установлена платформа, способная перемещаться в вертикальном направлении; начальное положение платформы соответствует растеканию над ней полимера по толщине одного слоя;

4) ультрафиолетовый лазер сканирует слой полимера по форме вычисленного заранее профиля поперечного сечения, обеспечивая его отверждение;

5) платформа вместе с деталью опускается на заданную толщину слоя вниз;

6) шаги (4) и (5) повторяются, пока не будут обработаны все вычисленные поперечные сечения;

7) из контейнера сливается оставшаяся жидкость и извлекается затвердевшая деталь;

8) деталь подвергается окончательному отверждению с помощью ультразвукового излучения в специальном аппарате;

9) производится окончательная доводка детали (удаляются поддерживающие структуры, проводится ручная шлифовка поверхности). Важным моментом подготовки процесса стереолитографии является выбор наилучшей ориентации детали и проектирование для нее поддерживающих структур. Последние представляют собой подпорки – новые части детали, удаляемые на шаге (9). Эти структуры обеспечивают, чтобы деталь, у которой площадь следующего слоя значительно превосходит площадь предыдущего, не деформировалась в процессе изготовления. Кроме того, они нужны для поддержки островков (islands) – топологически изолированных частей слоя.

Наконец, в процессе стереолитографии важно учитывать уменьшение плотности материала при его затвердевании, а значит, увеличивать объем изготавливаемой детали для компенсации ее усадки.

 

 

 

3.6.Что такое виртуальная инженерия и цифровое производство? Приведите примеры.

Виртуальная инженерия Область САПР, называемая виртуальной инженерией, включает программные продукты для виртуального проектирования, цифровой имитации, виртуального прототипирования и построения виртуальных заводов. В то время как виртуальное проектирование по большому счету остается технологией будущего (оно подразумевает совершенно новый подход к объекту проектирования с помощью методов виртуальной реальности), методы цифровой имитации и виртуального прототипирования уже реализованы в ряде систем инженерного анализа, включая интегрированные CAD/CAM/CAE-системы, такие как CATIA V5. Однако еще один продукт Dassault Systeê mes, называемый DELMIA, уже сейчас предлагает своим пользователям возможность реалистичной визуализации множества производственных процессов, включая работу целого цеха. Данный продукт был создан после поглощения Deneb Robotics компанией Dassault Systeê mes. Унифицированная по своему пользовательскому интерфейсу с системами CATIA и ENOVIA, система DELMIA предоставляет возможности по проектированию движений роботов, по анализу эргономики и человеческого фактора, по имитации работы станков с ЧПУ и сборочных линий.