Багато ювелірів успішно застосовують у своїй роботі програмно-керовані фрезерні верстати, які виточують восковки для лиття, а деякі апарати – і одразу металеві деталі. У цій статті ми розглянемо 3D-друк як альтернативу та доповнення до цього процесу.

Швидкість

При створенні деталі в одиничному екземплярі, ЧПУ-фрезер виграє у швидкості - фреза верстата рухається зі швидкістю до 2000-5000 мм/хв і там, де фрезер упорається за 15 хвилин, принтер може друкувати деталь до півтори години, іноді навіть більше.

Це справедливо, правда, лише для простих і гладких виробів, типу обручки простої форми і без малюнка, які не вимагають високої якості поверхні, т.к. їх легко швидко заполірувати. Складні вироби фрезер виточує так само неспішно, як їх друкує 3D-принтер, а найчастіше і довше - час обробки може сягати шести годин.

Фото @ FormlabsJp

При створенні одразу серії виробів ситуація кардинально змінюється – за один прохід принтер здатний роздрукувати повну платформу восковок – це майданчик (на прикладі принтера Form 2) 145х145 мм, і їх там міститься, залежно від розміру моделей, до 35 штук. При швидкості друку 10-30 мм/год (а друкує він шарами, відразу по всій площі платформи), це дає помітну перевагу перед фрезером, який одночасно вирізає лише одну модель - це або одна складна деталь, або кілька простих, плоских, з однієї циліндричної воскової заготівлі.

Крім того, 3D-принтер може друкувати одразу ялинку моделей для виливки, без необхідності збирати її з окремих заготовок. Це також заощаджує час.

Фото @ 3d_cast

Точність та якість

Точність позиціонування фрези в ЧПУ-апаратах досягає 0,001 мм, що вище, ніж у 3D-принтера. Якість обробки поверхні фрезером залежить ще й від розміру самої фрези, а радіус вершини фрези – не менше 0,05 мм, але рух фрези задається програмно, зазвичай це крок у третину чи половину фрези, відповідно – усі переходи згладжуються.

Фото @ freemanwax

Товщина шару при друку на Form 2, найпопулярнішому але далеко не найточнішому принтері, а значить і вертикальна точність, становить 0,025 мм, що вдвічі менше діаметра вістря будь-якої фрези. Діаметр його променя становить 0,14 мм, що зменшує роздільну здатність, але дозволяє також отримувати більш гладку поверхню.

Фото @ landofnaud

В цілому, якість одержуваних виробів на фотополімерному принтері та топових фрезерних верстатахможна порівняти. У деяких випадках, на простих формах, якість фрезерованої деталі буде вищою. Зі складністю форм історія інша - 3D-принтер здатний надрукувати таке, що жоден фрезер ніколи не виріже, через конструктивні обмеження.

Економічність

Фотополімери, якими друкують стереолітографічні принтери, коштують дорожче звичайного ювелірного воску. Великі шматки воску після фрезера можна переплавити в нові заготовки, хоча це також час і зайві дії, але й економія. Фрезерований віск виходить дешевше, у перерахунку на вартість кожного одиничного виробуаналогічного обсягу.

Віск – не єдиний витратний матеріалу роботі фрезера, фрези теж поступово сточуються і вимагають заміни, їх вистачає на 1-2 місяці інтенсивної роботи, але це не сильно скорочує розрив.

Робота фрезера, у перерахунку на собівартість виготовлених виробів, коштує дешевше.

Фото @ 3DHub.gr

Зручність та можливості

Специфіка фрезерування така, що навіть на п'ятиосьовому верстаті фреза здатна дістати далеко не скрізь. Це змушує ювелірів створювати складові моделі з кількох частин, які потім треба спаювати, або навіть попередньо допрацьовувати вручну. 3D-принтер же здатний роздрукувати модель як завгодно складної форми, включаючи внутрішні порожнини і складні зчленування, за один прохід.

Як це відбувається

Роздруковані моделі припаюються до воскового ствола, потім конструкція, що вийшла, заливається гіпсом або спеціальним розчином, після затвердіння якого готова форма розігрівається в печі, а потім заливається металом.

Матеріал восковок без залишку вигоряє, дозволяючи металу зайняти все місце, що звільнилося, і в точності повторити форму заготовки.

Детальніше:

1. Процес лиття починається з друку моделі та стандартної пост-друкарської обробки - роздрукована деталь відокремлюється від підтримки, промивається, піддається закріплюючій експозиції в ультрафіолеті, при необхідності - злегка полірується.

2. Далі процес аналогічний тому, що застосовується при лиття із застосуванням звичайних восковок. Заготівлі припаюються до воскового литника, який утримає їх у правильному положенні та створить канал для розподілу металу.

Якщо кількість та розмір виробів дозволяють, можна пропустити цей етап – якщо роздрукувати вироби разом із литником як єдине ціле.

3. Літник закріплюється у ливарній колбі. Якщо колба перфорована, отвори варто закрити, наприклад пакувальним скотчем.

4. Розчин, що заповнює, змішується в пропорціях зазначених виробником.

Потім його заливають у колбу з літником, що знаходиться всередині. Наливають обережно, щоб не пошкодити моделі і не змістити ялинку.

5. Колба поміщається у вакуумну камеру не менше, ніж на 90 секунд, щоб з розчину вийшло все повітря. Потім її переносять у захищене від вібрації місце для якнайшвидшого застигання.

6. Ливарні ємності ставлять у піч, холодну або розігріту до 167ºC, і поступово піднімають температуру, до повного вигоряння пластику моделей.

Preheat – попереднє нагрівання.

Insert flask – помістити колбу в піч.

Ramp – підняти (змінити) температуру.

Hold – тримати температуру (приклад: 3h = 3 години)

7. Після завершення цього процесу у форму заливають метал.

8. Після заливання охолоджують форму, що заповнює матеріал вимивається.

9. Залишається лише витягти готові вироби, розділити їх та злегка відполірувати.

Фото виробів створених Top3DShop:

Висновки:

Обидві технології мають свої плюси та мінуси. Якщо у ювелірній майстерні вже є фрезерний ЧПУ-верстат, то з більшістю завдань із виготовлення одиничних екземплярів він впорається. Більше того - якщо виготовляються лише поодинокі екземпляри і не дуже часто, то верстат тут і швидко виграє.

Якщо не стоїть завдання розвивати виробництво, збільшувати обсяг робіт, обіг коштів, піднімати рівень складності виробів, то 3D-принтер буде лише додатковим фінансовим навантаженням.

При збільшенні темпу та обсягів робіт, при постійному введенні нових моделей, переваги 3D-принтера стануть помітні відразу, серійне виробництворізниця у швидкості серйозна. Принтер складно переоцінити у швидкому прототипуванні та виготовленні партій заготовок.

Якщо ж підприємство виконує обидва типи замовлень - як одиничні, так і серійні, - ефективніше та економічно доцільніше матиме в господарстві обидва апарати, різних типівробіт, вони органічно доповнять одне одного.

Устаткування

Formlabs Form 2

Технологія: SLA

Робоча камера: 145 х 145 х 175 мм

Товщина шару: 25-100 мкм

Фокус лазера: 140 мкм

Потужність променя: 250 мВт

Ціна: 320 000 руб

Form 2 - компактний стереолітографічний 3D-принтер, що легко поміщається на робочому столі.

Завдяки своїй точності (25-100 мікрон) користується великою популярністю у ортодонтів та ювелірів, оскільки здатний друкувати безліч виробів за один сеанс.

Фото @ FormlabsJp

Фотополімер для друку моделей, що випалюються, коштує 46 000 рублів за картридж об'ємом 1 літр.

3D Systems Projet MJP 2500

Технологія: MJM

Робоча камера: 295 x 211 x 142 мм

Роздільна здатність: 800 x 900 x 790 пікселів на дюйм

Товщина шару: 32 мкм

Ціна: 3030000 рублів

Багатоструменевий принтер компанії 3D Systems, призначений для друку ливарних заготовок матеріалами VisiJet та функціональних деталей – пластиками.

MJP поступається стереолітографічним принтерам у компактності - він значно більший і не може бути розміщений на робочому столі, але це компенсується швидкістю друку та більшою робочою областю.

3D Systems ProJet MJP 3600W Max

Технологія: MJM

Робоча камера: 298 х 183 х 203 мм

Роздільна здатність: до 750 x 750 x 1600 DPI

Товщина шару від: від 16 мкм

Точність друку: 10-50 мкм

Ціна: 7 109 000 рублів

ProJet 3600W Max – удосконалений варіант моделі ProJet 3500 CPX, спеціалізованого 3D-принтера для друку ливарних восковок. Це промислові 3D-принтери, що використовуються на виробництвах у режимі безперервної роботи, з великою платформою та високою продуктивністю. У принтерах даної серії використано технологію багатоструменевого моделювання (Multi Jet Modeling, MJM), яка збільшує швидкість роботи і дозволяє використовувати спеціально призначені для неї матеріали VisiJet.

Технологія: DLP (digital light processing)

Область друку: 120×67.5×150 мм

Товщина шару: 25-50 мкм (0.025/0.05 мм)

Роздільна здатність: 62,5 мкм (0.0625 мм)

Ціна: від 275 000 руб

Hunter – новий DLP 3D-принтер компанії Flashforge. DLP - стереолітографічна технологія, яка використовує замість лазера проектор.

Ця технологія має свої плюси - DLP-друк швидше та здатна дати більшу деталізацію на надмалих масштабах. З іншого боку – DLP-проекція складається з пікселів, якщо необхідна ідеально гладка поверхня – краще вибрати SLA-принтер, наприклад – Form 2.

Flashforge Hunter DLP 3D сумісний із третім поколінням стереолітографічних смол, що дає користувачеві широкий вибір матеріалів для друку.

У принтері використано DLP-модуль власної розробкивиробника, характеристики якого оптимізовано саме для 3D-друку. Цей компонент має більшу лінійну точність, ніж звичайні DLP, призначені для побутових відеопроекторів.

Wanhao Duplicator 7 v1.4

Технологія друку: DLP, 405нм

Максимальна швидкість друку: 30 мм/год.

Максимальна область друку: 120х68х200 мм

Роздільна здатність: 2560х1440 пікселів на шар

Точність: 0.04 мм

Товщина шару: 0.035-0.5mm

Вага: 12 кг

Ціна: 35900 рублів.

Wanhao Duplicator 7 - дешевий фотополімерний принтер для того, щоб спробувати стереолітографію. Недоліки цієї моделі - низька стабільність роботи, невисока роздільна здатність та проблеми з повторюваністю "з коробки".

Фото @

Технологія DLP (Digital Light Processing, цифрова обробка світлом)стала на службу 3D-друку відносно недавно, а до цього вона мала безліч додатків у різних галузях науки, техніки і виробництва.

DLPбула винайдена в 80-х роках у надрах фірми Texas Instruments, одного зі світових лідерів у сфері мікроелектроніки Суть технології в отриманні такого світлового потоку, який при проектуванні на поверхню дає потрібне зображення відомого дозволу, у тому числі в кольорі. Інтуїція нагадує, що для цього потрібно зібрати якусь систему з дзеркал і джерел світла. Ось тільки як?

Опис технології 3D-друку Digital Light Processing (DLP)

В основі DLP-системи лежить спеціальний пристрій розміром із звичайний комп'ютерний процесор. DMD-чіп (Digital Micromirror Device, пристрій із цифрових мікродзеркал). Це не просто кремнієвий чіп, як може здатися, дивлячись на рекламні брошури, а дуже складна структура, яка відноситься як так званому класу мікроелектронно-механічних систем (MEMS – Micro-Electronic Mechanical System). Цей чіп ви знайдете в багатьох споживчих пристроях, що базуються на технології DLP, наприклад, у проекторах і телевізорах. Крім цього, DLPуспішно застосовується у вимірювальних та сенсорних пристроях, системах «розумного» освітлення і навіть для отримання світлових потоків із керованою довжиною хвилі. Як джерело світла можуть виступати як світлові лампи (накалюючі, люмінісцентні або світлодіодні), так і лазери. Довжина хвилі тягнеться від ультрафіолету до інфрачервоного діапазону. На промисловому рівні DMD-чіпивипускаються із 1996 року.

Розглянемо докладніше DMD-чіп, який іноді називають просторовим світломодулятором. Візуально він має плоске прямокутне виконання:

Помістивши його під мікроскоп, ми побачимо матрицю з мільйонів мікродзеркал, кожне з яких має розміри близько 10 мікрон, що є десятою частиною від товщини людського волосся.

Ось схематичне зображення DLP-комірки Texas Instruments:

Кожне мікродзеркало здатне відбивати як невидимий, і видимий спектр світла і відбиває світло одному з двох напрямів. Напрямок визначається кутом повороту дзеркала. У чіпах Texas Instrumentsцей кут приймає значення -12 чи +12 градусів. Сам напрямок задається завантаженням біта «0» або «1» в комірку пам'яті. Таким чином на кожну комірку подається незалежний потік бітів із частотою в кілька кілогерців, внаслідок чого ми маємо на одному з виходів корисне зображення, а на іншому виході зазвичай стоїть світлопоглинач.

Лінійка DMD-чіпівзазвичай включає стандартний ряд дозволів: WVGA (608 684), WXGA (912 1140), XGA (1024 768)і 1080p (1920×1080). Для управління яскравістю і кольором застосовують різні світлофільтри, що обертаються, частота обертання яких синхронізована з бітовим потоком, але безпосередньо до 3D-друку це вже мало відноситься.

3D-друк на основі DLPвідноситься до класу адитивних методів створення об'єктів і сягає корінням до технології безмаскової літографії (Maskless Lithography), за допомогою якої вирощують друкарські плати. Як відомо, з кожним днем ​​електронні пристрої стають мініатюрнішими, і створювати під них друковані плати стає все складніше, і тут безмаскова літографія приходить на допомогу. «Бовванку» поміщають у спеціальний розчин на глибину кілька мікрон, після чого DLP-джерелопроектує зображення відповідно до потрібної схеми доріжок та контактів. У тих точках, де розчин схильний до дії світла, відбувається формування твердого шару. Для порівняння, за технології SLA (Stereolithography, стереолітографія)лазер послідовно обходить заданий переріз, у той час як DLPпереріз утворюється одночасно. Аналогічним чином вирощується тривимірний предмет DLP-принтер, тільки як розчин використовується рідкий пластик, що твердне на світлі.

Ливарне виробництво – один із найстаріших технологічних процесів, відомих людству. Ще в Бронзовому столітті наші пращури вміли змінювати агрегатний стан руди, переплавляти її в рідкий метал, заливати у форму і отримувати необхідну виливку. Наприкінці XX століття, з появою цифрового моделювання і з бурхливим розвитком адитивних технологій, намітилися кардинальні зміни.

Роль адитивних технологій

Вирощування моделей та форм шляхом 3D-друку дозволяє отримати результати, недосяжні засобами класичних технологічних процесів. Важлива перевага полягає також у значній економії часу на виготовлення модельної оснастки. Скорочення терміну створення прототипів та можливість вносити зміни до конструкції відкрили найширші можливості для дослідного виробництва.

Завдяки 3D-процесам можна забути про всі мінуси традиційного лиття. До останніх належать:

• довгий виробничий цикл;
• трудомісткість механічної обробки;
• недостатня точність;
• роль людського чинника

З іншого боку, широкому впровадженню адитивних технологій перешкоджають висока вартість обладнання та матеріалів для 3D-принтера, необхідність у великих початкових інвестиціях та обмеження у розмірах виробів, що друкуються на 3D-принтері. Втім, прогнози оптимістичні: враховуючи швидкий розвитоктехнологій, ці проблеми поступово йдуть у минуле. Сьогодні 3D-технології вже успішно застосовуються на ливарних підприємствах за кордоном та в Росії при створенні форм розміром до 50 кв. див.

Оскільки лиття лежить в основі практично всіх виробничих галузей (машинобудування, приладобудування, авіація, автомобільна індустрія, суднобудування, нафта та газ), цікаво подивитися, як адитивні технології допомагають вирішувати завдання сучасного ливарного виробництва.

Основні види лиття металів

У статтях, присвячених лиття, ми розповідаємо про можливості адитивних процесів стосовно двох технологій:

• лиття в піщано-глинисті форми;
• оболонкове лиття.

Лиття в піщано-глинисті форми (ПГФ) – стандартизована технологія, найбільш поширена та перевірена, а з погляду функціональності – найпросунутіша. Виробництва, що її використовують, як правило, обладнані автоматичними формувальними та стрижневими лініями, застосовують автоматичну заливку тощо. Лиття в ПГФ характеризується наявністю багаторазової металевої або дерев'яної модельної оснастки. Форма, яку з неї знімають і в яку потім заливають метал, - одноразова і зроблена зі спеціальної піщано-глиняної формувальної суміші. Такі форми стало можливим виготовляти на 3D-принтерах. Як правило, у цьому випадку використовується технологія CJP (кольоровий струменевий друк із композиту на основі гіпсу).

Оболонкове лиття оперує одним із двох методів:

• лиття за моделями , що випалюються .

Вони дуже схожі, але водночас мають низку відмінностей – про це ми докладніше розповімо у наступних статтях. Головна особливістьцієї технології в тому, що кожна модель використовується один раз для відливання одного виробу, і сама форма, яка з неї виходить, також одноразова. При впровадженні 3D-методів на виробництві такого типу застосовується:

• друк воском – для лиття за моделями, що виплавляються;
• друк фотополімерною смолою – для лиття за моделями, що випалюються.

Лиття в піщано-глинисті форми з використанням 3D-технологій

Процес лиття в ПГФ починається зі створення математичної моделіоснастки. Інженер-технолог або технолог-ливарник визначає лінію роз'єму, усадку, ухил та інші параметри.

Створення математичної моделі оснастки. Сірим кольором показано саме виливок, синім – стрижневі знаки.

Потім ці дані передаються аддитивну установку. Ми розглянемо приклад друку на 3D-принтері, принцип роботи якого ґрунтується на технології кольорової. струминного друку(CJP). Головна перевага цієї технології в тому, що, якщо модель геометрії поміщається в камеру побудови, за одну операцію можна надрукувати відразу кілька моделей.

Так модель виглядає у ПЗ, у віртуальній камері побудови та під час друку

Наступний етап – обробка моделі. Зверніть увагу: для економії матеріалу модель зроблена пустотілою, з внутрішнім ребра. У разі потреби порожній об'єм заливається простою епоксидною смолою, щоб надати конструкції більшої жорсткості. Так як гіпс - матеріал не конструкційний, сама модель просочується смолою. Після цього поверхня піддається обробці (шпаклівці та шкірі) і покривається спеціальною фарбою для модельного оснащення. Весь цикл виготовлення методом лиття у піщано-глинисті форми займає не більше тижня. За стійкістю така модель можна порівняти з дерево-модельним оснащенням.

Багато ювелірів успішно застосовують у своїй роботі програмно-керовані фрезерні верстати, які виточують восковки для лиття, а деякі апарати – і одразу металеві деталі. У цій статті ми розглянемо 3D-друк як альтернативу та доповнення до цього процесу.

Швидкість

При створенні деталі в одиничному екземплярі, ЧПУ-фрезер виграє у швидкості - фреза верстата рухається зі швидкістю до 2000-5000 мм/хв і там, де фрезер упорається за 15 хвилин, принтер може друкувати деталь до півтори години, іноді навіть більше.

Це справедливо, правда, лише для простих і гладких виробів, типу обручки простої форми і без малюнка, які не вимагають високої якості поверхні, т.к. їх легко швидко заполірувати. Складні вироби фрезер виточує так само неспішно, як їх друкує 3D-принтер, а найчастіше і довше - час обробки може сягати шести годин.

Фото @ FormlabsJp

При створенні одразу серії виробів ситуація кардинально змінюється – за один прохід принтер здатний роздрукувати повну платформу восковок – це майданчик (на прикладі принтера) 145х145 мм, і їх там розміщується, залежно від розміру моделей, до 35 штук. При швидкості друку 10-30 мм/год (а друкує він шарами, відразу по всій площі платформи), це дає помітну перевагу перед фрезером, який одночасно вирізає лише одну модель - це або одна складна деталь, або кілька простих, плоских, з однієї циліндричної воскової заготівлі.

Крім того, 3D-принтер може друкувати одразу ялинку моделей для виливки, без необхідності збирати її з окремих заготовок. Це також заощаджує час.

Фото @ 3d_cast

Точність та якість

Точність позиціонування фрези в ЧПУ-апаратах досягає 0,001 мм, що вище, ніж у 3D-принтера. Якість обробки поверхні фрезером залежить ще й від розміру самої фрези, а радіус вершини фрези – не менше 0,05 мм, але рух фрези задається програмно, зазвичай це крок у третину чи половину фрези, відповідно – усі переходи згладжуються.

Фото @ freemanwax

Товщина шару при друку на Form 2, найпопулярнішому але далеко не найточнішому принтері, а значить і вертикальна точність, становить 0,025 мм, що вдвічі менше діаметра вістря будь-якої фрези. Діаметр його променя становить 0,14 мм, що зменшує роздільну здатність, але дозволяє також отримувати більш гладку поверхню.

Фото @ landofnaud

В цілому, якість виробів на фотополімерному принтері і топових фрезерних верстатах можна порівняти. У деяких випадках, на простих формах, якість фрезерованої деталі буде вищою. Зі складністю форм історія інша - 3D-принтер здатний надрукувати таке, що жоден фрезер ніколи не виріже, через конструктивні обмеження.

Економічність

Фотополімери, якими друкують стереолітографічні принтери, коштують дорожче звичайного ювелірного воску. Великі шматки воску після фрезера можна переплавити в нові заготовки, хоча це також час і зайві дії, але й економія. Фрезерований віск виходить дешевшим, у перерахунку на вартість кожного одиничного виробу аналогічного обсягу.

Віск - не єдиний витратний матеріал у роботі фрезера, фрези теж поступово сточуються та вимагають заміни, їх вистачає на 1-2 місяці інтенсивної роботи, але це не сильно скорочує розрив.

Робота фрезера, у перерахунку на собівартість виготовлених виробів, коштує дешевше.

Фото @ 3DHub.gr

Зручність та можливості

Специфіка фрезерування така, що навіть на п'ятиосьовому верстаті фреза здатна дістати далеко не скрізь. Це змушує ювелірів створювати складові моделі з кількох частин, які потім треба спаювати, або навіть попередньо допрацьовувати вручну. 3D-принтер же здатний роздрукувати модель як завгодно складної форми, включаючи внутрішні порожнини і складні зчленування, за один прохід.

Як це відбувається

Роздруковані моделі припаюються до воскового ствола, потім конструкція, що вийшла, заливається гіпсом або спеціальним розчином, після затвердіння якого готова форма розігрівається в печі, а потім заливається металом.

Матеріал восковок без залишку вигоряє, дозволяючи металу зайняти все місце, що звільнилося, і в точності повторити форму заготовки.

Детальніше:

1. Процес лиття починається з друку моделі та стандартної пост-друкарської обробки - роздрукована деталь відокремлюється від підтримки, промивається, піддається закріплюючій експозиції в ультрафіолеті, при необхідності - злегка полірується.

2. Далі процес аналогічний тому, що застосовується при лиття із застосуванням звичайних восковок. Заготівлі припаюються до воскового литника, який утримає їх у правильному положенні та створить канал для розподілу металу.

Якщо кількість та розмір виробів дозволяють, можна пропустити цей етап – якщо роздрукувати вироби разом із литником як єдине ціле.

3. Літник закріплюється у ливарній колбі. Якщо колба перфорована, отвори варто закрити, наприклад пакувальним скотчем.

4. Розчин, що заповнює, змішується в пропорціях зазначених виробником.

Потім його заливають у колбу з літником, що знаходиться всередині. Наливають обережно, щоб не пошкодити моделі і не змістити ялинку.

5. Колба поміщається у вакуумну камеру не менше, ніж на 90 секунд, щоб з розчину вийшло все повітря. Потім її переносять у захищене від вібрації місце для якнайшвидшого застигання.

6. Ливарні ємності ставлять у піч, холодну або розігріту до 167ºC, і поступово піднімають температуру, до повного вигоряння пластику моделей.

Preheat – попереднє нагрівання.

Insert flask – помістити колбу в піч.

Ramp – підняти (змінити) температуру.

Hold – тримати температуру (приклад: 3h = 3 години)

7. Після завершення цього процесу у форму заливають метал.

8. Після заливання охолоджують форму, що заповнює матеріал вимивається.

9. Залишається лише витягти готові вироби, розділити їх та злегка відполірувати.

Фото виробів створених:

Висновки:

Обидві технології мають свої плюси та мінуси. Якщо в ювелірній майстерні вже є фрезерний ЧПУ-верстат, то з більшістю завдань виготовлення одиничних екземплярів він впорається. Більше того - якщо виготовляються лише одиничні екземпляри і не дуже часто, то верстат тут і швидко виграє.

Якщо не стоїть завдання розвивати виробництво, збільшувати обсяг робіт, обіг коштів, піднімати рівень складності виробів, то 3D-принтер буде лише додатковим фінансовим навантаженням.

При збільшенні темпу та обсягів робіт, при постійному введенні нових моделей переваги 3D-принтера стануть помітні відразу, у серійному виробництві різниця у швидкості серйозна. Принтер складно переоцінити у швидкому прототипуванні та виготовленні партій заготовок.

Якщо ж підприємство виконує обидва типи замовлень - як поодинокі, і серійні, - ефективніше й економічно доцільніше матиме у господарстві обидва апарати, для різних типів робіт, вони органічно доповнять одне одного.

Устаткування

Formlabs

Технологія: SLA

Робоча камера: 145 х 145 х 175 мм

Товщина шару: 25-100 мкм

Фокус лазера: 140 мкм

Потужність променя: 250 мВт

Ціна, руб

Form 2 - компактний стереолітографічний 3D-принтер, що легко поміщається на робочому столі.

Завдяки своїй точності (25-100 мікрон) користується великою популярністю у ортодонтів та ювелірів, оскільки здатний друкувати безліч виробів за один сеанс.

Фото @ FormlabsJp

Фотополімер для друку моделей, що випалюються, коштує рублів за картридж об'ємом 1 літр.

3D Systems

Технологія: MJM

Робоча камера: 295 x 211 x 142 мм

Роздільна здатність: 800 x 900 x 790 пікселів на дюйм

Товщина шару: 32 мкм

Ціна: рублів

Багатоструменевий принтер компанії 3D Systems, призначений для друку ливарних заготовок матеріалами VisiJet та функціональних деталей – пластиками.

MJP поступається стереолітографічним принтерам у компактності - він значно більший і не може бути розміщений на робочому столі, але це компенсується швидкістю друку та більшою робочою областю.

3D Systems

Технологія: MJM

Робоча камера: 298 х 183 х 203 мм

Роздільна здатність: до 750 x 750 x 1600 DPI

Товщина шару від: від 16 мкм

Точність друку: 10-50 мкм

Ціна: рублів

ProJet 3600W Max – удосконалений варіант моделі ProJet 3500 CPX, спеціалізованого 3D-принтера для друку ливарних восковок. Це промислові 3D-принтери, що використовуються на виробництвах у режимі безперервної роботи, з великою платформою та високою продуктивністю. У принтерах даної серії використано технологію багатоструменевого моделювання (Multi Jet Modeling, MJM), яка збільшує швидкість роботи і дозволяє використовувати спеціально призначені для неї матеріали VisiJet.

Новий віск, що використовується в ньому, відрізняється високою міцністю, моделі з нього не ламаються в руках при відділенні від платформи або випадковому падінні, що траплялося з моделями роздрукованими з його попередника - Hi Cast.

Коштує матеріал рублів за 1,7 кг

275 000 руб

Hunter – новий DLP 3D-принтер компанії Flashforge. DLP - стереолітографічна технологія, яка використовує замість лазера проектор.

Ця технологія має свої плюси - DLP-друк швидше та здатна дати більшу деталізацію на надмалих масштабах. З іншого боку – DLP-проекція складається з пікселів, якщо необхідна ідеально гладка поверхня – краще вибрати SLA-принтер, наприклад – Form 2.

Flashforge Hunter DLP 3D сумісний із третім поколінням стереолітографічних смол, що дає користувачеві широкий вибір матеріалів для друку.

У принтері використано DLP-модуль власної розробки виробника, характеристики якого оптимізовані саме для 3D-друку. Цей компонент має більшу лінійну точність, ніж звичайні DLP, призначені для побутових відеопроекторів.

Wanhao

Технологія друку: DLP, 405нм

Максимальна швидкість друку: 30 мм/год.

Максимальна область друку: 120х68х200 мм

Роздільна здатність: 2560х1440 пікселів на шар

Точність: 0.04 мм

Товщина шару: 0.035-0.5mm

Вага: 12 кг

Ціна: карбованців.

Wanhao Duplicator 7 - дешевий фотополімерний принтер для того, щоб спробувати стереолітографію. Недоліки цієї моделі - низька стабільність роботи, невисока роздільна здатність та проблеми з повторюваністю "з коробки".

Фото @

1

Розглянуто метод отримання майстер-моделей (RP-прототипів) пошаровим синтезом для лиття за моделями, що випалюються методом стеріолітографії за технологією цифрової обробки світлом (Digital Light Processing). Визначено можливість отримання моделей з внутрішньою регульованою комірчастою структурою у вигляді типового елементарного осередку Вігнера-Зейтца. Як вихідний матеріал використаний зшитий фоточутливий полімер Envisiontec SI500. У цій роботі спроектована комп'ютерна 3D модель у STL форматі та отримано дослідний зразок, що є оболонкою, заповненою регульованою комірчастою структурою. Визначено оптимальні режими засвічення і товщина засвічуваного шару зразка, за допомогою яких можна регулювати розміри перемичок комірчастої структури. Наявність в моделі структури у вигляді масиву осередків надалі дозволить скоротити обсяг використовуваного матеріалу і знизити тиск на керамічну оболонку при його видаленні.

цифрова обробка світлом

синтез-моделі

комірчаста структура

фотополімер

майстер-модель

1. Васильєв В.А., Морозов В.В. Виготовлення сталевих виливків за фотополімерними моделями шляхом випалювання їх у ливарній формі / Між. НТК « Сучасні проблемиметалургійного виробництва». Зб. працю. – Волгоград. 2002. - С. 336-337.

2. Васильєв В.А., Морозов В.В., Шіганов І.М. Використання методів пошарового формування тривимірних об'єктів у ливарному виробництві // Вісник машинобудування. 2001. - № 2. - С. 4-11.

3. Євсєєв А.В. Оперативне формування тривимірних об'єктів методом лазерної стерео-літографії [Текст]/О.В. Євсєєв, В.С. Камаєв, Є.В. Коцюба та ін / / Зб. праць ІПЛІТ РАН. – С. 26–39.

4. Зленко М.А. Адитивні технологіїу машинобудуванні [Електронний ресурс]: навчальний посібникдля вузів за напрямом підготовки магістрів «Технологічні машини та обладнання»/М.А. Зленко, А.А. Попович, І.М. Мутиліна. [СПб., 2013] URL: http://dl.unilib.neva.ru/dl/2/3548.pdf

5. Зленко М. Технології швидкого прототипування – пошаровий синтез фізичної копії на основі 3D-CAD-моделі//CAD/CAM/CAE Observer. 2003. № 2 (11). С. 2-9.

6. Скородумов С.В. Технології пошарового синтезу під час створення об'ємних моделейдля заготівельного виробництва. // Вісник машинобудування. - 1998. - № 1. - С. 20-25.

7. S.O. Onuh., Y.Y. Юсуф. Rapid prototyping technology: applications and benefits for rapid prod-uct development. // Journal of Intelligent Manufacturing. 1999. V. 10. ПП. 301 - 311.

Сучасні системи тривимірного комп'ютерного проектування дозволяють значно скоротити витрати часу та коштів на розробку та конструювання нових деталей. Перехід на цифровий опис виробів - CAD і RP-технології (RP-технології швидкого прототипування), що з'явилися внаслідок його, зробили справжню революцію в ливарному виробництві, особливо це виявилося у високотехнологічних галузях промисловості - авіаційній та аерокосмічній області, атомній індустрії, медицині та приладобудуванні. традиційних технологій, застосування нових методів отримання ливарних синтез-моделей за рахунок технологій пошарового синтезу фотополімерного матеріалу дали можливість радикально скоротити час на створення нової продукції, покращити якість, точність литих деталей та зменшити відбраковування.

Найбільш широко RP-прототипи використовуються як ливарні виплавлювані моделі в ливарному виробництві для отримання високоточних і геометрично складних металевих виливків. Використання RP-моделей як випалювані моделі в технологічних процесах лиття дозволяє отримувати геометрично складні металеві виливки з точністю не менше 12 квалітету і шорсткістю поверхонь в середньому 7Ra. Однак застосування синтез-моделей (RP-прототипів) найчастіше супроводжується розтріскуванням та подальшим руйнуванням ливарної форми на стадії високотемпературного видалення модельної маси.

Основна причина руйнування керамічних форм у процесі видалення ливарної моделі пов'язана з різницею термомеханічних властивостей керамічної оболонки та матеріалу прототипу. Один із способів зниження контактних напруг між ливарною моделлю і керамічною формою в процесі теплового впливу полягає в заміні монолітної моделі на модель еквівалентної форми, що представляє собою оболонку з пористим заповнювачем внутрішньої порожнини як несучий каркас, що перешкоджає втраті стійкості оболонки від впливу залишкових напруг. Проектування таких синтез-моделей включає вибір форми та геометричних параметрів осередку, що забезпечують, з одного боку, мінімальний рівень контактної напруги, а з іншого — збереження заданих параметрів точності полімерної моделі протягом процесу виготовлення та формування.

Метою даної роботи є дослідження можливості отримання RP-прототипів із внутрішньою регульованою структурою у вигляді осередків типу Вігнер-Зейтц.

Матеріали та методи дослідження

Як вихідний матеріал використаний зшитий полімер Envisiontec SI500, який застосовується в процесі стереолітографії. Для отримання дослідних зразківз регульованою внутрішньою структурою у цій роботі використаний технологічний процесстеріолітографії, схема якого представлена ​​на малюнку 1. Основною відмінністю від класичної стеріолітографії є ​​уникнення використання схеми з лазером для ініціювання реакції фотополімеризації та заміна його на кілька цифрових відеопроекторів, що використовують технологію Digital Light Processing (DLP). Розробником цієї технології є компанія Enviziontec (Німеччина). Як вихідний матеріал для створення моделі використовується акриловий фотополімер. Суть процесу полягає у використанні «маски» кожного поточного перерізу моделі, що проектується на робочу платформу через спеціальну систему дзеркал дуже малого розміру за допомогою прожектора (що містить дві лампи з високою яскравістю світла). Платформа після засвітлення шару опускається рівно на товщину наступного шару у ванну з рідким полімером. Формування та засвічення видимим світлом кожного шару відбуваються відносно швидко. Цим пояснюється висока швидкістьпобудови моделей (в середньому 1 см на годину по висоті при кроці побудови 50 мкм).

Рис. 1. Схема роботи стереолітографічної машини із застосуванням технології DLP: 1 – проектор; 2 - фотомаска; 3 - механізм вирівнювання полімеру; 4 – ванна з рідким полімером; 5 - основа, що опускається; 6 - модель з затверденого полімеру

При використанні кроку 25 мкм на моделях практично відсутні характерні для всіх технологій пошарового синтезу сходинки від шарів. Така можливість дозволяє отримувати вироби з високою якістю поверхні з шорсткістю Ra0,1 і точністю розмірів до 0,1 мм.

Результати дослідження та їх обговорення

Для отримання дослідних зразків із внутрішньою регульованою структурою використовувалася установка Envisiontec Perfactory XEDE. Були проведені роботи з моделювання зразка, що є оболонкою з товщиною стінки 0,5 мм, заповнену комірчастою регульованою структурою (рис. 3). Для заповнення внутрішнього обсягу зразка використовувався елементарний одиничний осередок Вигнера-Зейтца, що є в STL-файлі масив. Експерименти проводилися при різних параметрах часу засвітки зразка кожного наступного шару, що полімеризується від 6,5 до 18 с.

Рис. 3. CAD-модель оболонки куба, заповнена комірчастою структурою

В результаті проведеної роботи був отриманий дослідний зразок з товщиною стінки оболонки 0,5 мм, заповненою комірчастою структурою фотополімерного матеріалу SI500 (рис. 4). Час засвічування кожного шару 18 с (як оболонки, так і комірчастої структури з товщиною перемички 0,5 мм).

Рис. 4. Досвідчений зразок з організованою комірчастою структурою

Варіюючи параметрами засвічення шару полимеризующегося матеріалу, можливе отримання осередків з товщиною перемички в діапазоні розмірів від 0,12 до 0,5 мм.

Висновок

Встановлено технологічну можливість розвитку технології отримання складних геометричних об'єктів із внутрішньою регульованою пористою структурою. Потенційне застосування даної технології можливе в ливарному виробництві, а саме в лиття за моделями, що випалюються. За допомогою заміни монолітної майстер-моделі на модель, що представляє оболонку з внутрішньою регульованою структурою у вигляді осередків, можна зменшити тиск модельного складу, що випалюється, на керамічну форму шляхом підбору товщини оболонки, форми і розмірів осередків.

Рецензенти:

Сиротенко Л.Д., д.т.н., професор, ФДБОУ ВПО; Пермський національний дослідницький політехнічний університет, м. Перм;

Ханов А.М., д.т.н., професор, ФДБОУ ВПО Пермський національний політехнічний університет, м. Перм.

Бібліографічне посилання

Шумков А.А. СТВОРЕННЯ МАЙСТЕР-МОДІЛІВ ПОСЛИЙНИМ СИНТЕЗЕМ ФОТОПОЛІМЕРА // Сучасні проблеми науки та освіти. - 2015. - № 2-1.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=20538 (дата звернення: 01.02.2020). Пропонуємо до вашої уваги журнали, що видаються у видавництві «Академія Природознавства»