A. Technologie Rapid Tooling
*Etapy rozwoju produktu wg. VDI2221:Wstępna koncepcja->Definicja głównych funkcji->Ocena i definicja celow projektu -> (Specyfikacja-wersja 1,2…N)-> Wstępne i szczegółowe projektowanie (obliczenia oraz ocena)-> Ocena,przgotowanieinstrukcji,dokument.itd.
* Rodzaje modeli : m.koncepcyjny->,<-m.ergonomiczny->,m.geometryczny->,<-m.konstrukcyjny->,<-prototyp,<- wzorzec
*Typy prototypów: p.wizualne ->, <- p.geometryczne->,<- p.funkcjonalne.
1Generatywne technologie wytw
- bazuja na modelach AD3D
- obiekt wytwarzany jest poprzez spajanie ze soba kolejnych warstw materiału
- głowny obszar aplikacji - szybkie prototypowanie (Rapid Prototyping RP)
2Rapid Tooling
Szybkie wytwarzanie narzedzi i oprzyrządowania technologicznego
• Termin Rapid Tooling (RT) - jest zazwyczaj stosowany do opisu procesów ktore oparte sa na GTW, za pomoca ktorych: - wytwarzane sa modele wzorcowe za pomoca których formowane jest narzedzie lub - wytwarzane sa bezposrednio narzedzia
3Różnice pomiędzy RT a konwencjonal. technologiami wytwarzania narzędzi:
- Czas do wytworzenia pierwszych wyrobow (T): TRT < 1/5 TK
- Koszty wytwarzania (K): nawet do
KRT < 0,05*KK
- Trwałosc narzedzi (t): tRT < t k
- Tolerancje wytwarzania δ: δRT > δK
4Rapid Tooling: kiedy?
• Analiza i ocena procesu wytwarzania,
• Zapewnienie wytwarz prototypom pełnych własnosci wyrobow finalnych, niemożliwych do odtworzenia za pomoca RP,
• Wytwarzanie serii probnych, dla ktorych metody RP nie sa optymalne pod wzgledem kosztow, czasu wytwarzania oraz powtarzalnosci cech geometrycznych,
•Zastosowanie w prototypowaniu docelowego procesu wytwarzania oraz materiału wyrobu finalnego,
• Redukcja kosztow oprzyrządowania technologicznego dla wytwarzania krotkich serii probnych,
• Szybkie wykonanie oprzyrządowania technologicznego dla pilotażowych serii wyrobow (Bridge Tooling).
5Procesy stosujace narzedzia RT
• Wtryskiwanie tworzyw sztucznych
• Odlewanie kokilowe metali
• Obrobka plastyczna blach
• Termoformowanie tworzyw sztucznych
• Montaż
6Klasyfikacja metod RT: kryteria
• Kryteria klasyfikacji:
- Trwałosc narzedzia = f(właściwości mechaniczne)
- Sposob wytwarzania/modelowania cech fizycznych
7Cechy metod RT
• Niska jakosc modeli prototypow i serii: - konwersja CAD - STL, - niska dokładnosc GTW , - sumowanie błedow w posrednich metodach RT
• Niskie właściwości mechaniczne materiałow stosowanych w RT
• Wysokie koszty zwiazane z: - systemami RP/RT - materiałami
B. Pośrednie rapid tooling
• Geometria narzedzia jest otrzymywana poprzez odformowanie modelu wzorcowego
• Stosowane procesy: - Odlewanie - Natryskiwanie termiczne - Procesy hybrydowe: odlewanie+spiekanie
8Posrednie metody RT
• Odlewanie prożniowe - Vacuum casting - MPC (metal part casting)
• Wtryskiwanie reaktywne - RIM
• CAFE - composite aluminium filed epoxy / composite tooling / epoxy tooling
• Natryskiwanie termiczne : - Metalizacja łukowa - Metalizacja plazmowa
a. Odlewanie próżniowe - odformowanie próżniowe gniazd form z elastomerów (kauczuki silikonowe) na bazie modelu wzorcowego
odlewanie próżniowe - materiały modeli fizycznych : • żywice epoksydowe i poliuretanowe emulujące właściwości tworzyw sztucznych: ABS, LDPE, HDP, PVC, PA • wosk odlewniczy • kompozyty
ZALETY I WADY odlew.próż:
Zalety metody:
• Niskie koszty < 10 % kosztow zwiazanych z formowaniem wtryskowym
• Krotkie cykle wytwarzania < 5% czasu zwiazanego z wytwarzaniem oprzyrzadowania oraz serii wyrobow za pomoca formowania wtryskowego
Wady:
• Niskie własnosci wytrzymałosciowe form - krotkie serie wytwarzanych obiektow < 30 (50, 10 ….)
• Jakosc wyrobow zależna od przygotowania modeli wzorcowych
b. wtryskiwanie reaktywne RIM
• Narzedzia o wiekszej trwałości niż w odlewaniu prożniowym
• Wieksze serie prototypow i gotowych wyrobow
• Krotsze cykle wytwarzania elementow serii
c. Metalizacja łukowa
• Wytwarzanie gniazd form wtryskowych
• Narzedzia dla wytwarzania krotkich i średnich serii wyrobow
• Skorupowe narzedzie tworzone przez naniesienie warstw materiału strugą sprężonego powietrza stopionych w łuku elektrycznym
• Materiał: niskotopliwe stopy Zn-Sn (można też stal - modele ceramiczne)
• Modele wzorcowe - np. wykonane GTW
d.Kompozyty epoksydowe
• Wytwarzanie gniazd form wtryskowych oraz tłocznikow
• Narzedzia dla wytwarzania krotkich i średnich serii wyrobow
• Materiał: żywi epoksydowa wypełniona Al
• Modele wzorcowe - np. wykonane technikami RP
e. Metal Part Casting (MPC)
• Odlewanie w prożni stopow metali za pomoca metody traconego modelu.
• Materiały: stopy Al, Cu, …
C Bezposrednie rapid ToolingPROCESY :
-stereolitografia (SL) : Wytwarzanie wkładek dla form wtryskowych -
-DirectAIM -drukowanie 3D (3DP): - Wykonywanie form do odlewania niskotopliwych stopow metali - ZCast,
- SLS - Selective Laser Sintering : • Spiekanie fazy polimerowej fazy niskotopliwej (powlekajacej ziarna proszku) • Laser CO2 30W - 100W • Konieczny posredni etap spiekania w piecu +infiltracja brazem • Grubosc warstwy: 70 - 80 Sm • Dokładnosc: 0.05 - 0.1 mm
- DMLS - Direct Metal Laser Sintering : • Spoiwo metaliczne dla (lasera 240 W CO2) lub brak spoiwa (NdYAG 200W)
• Brak etapu spiekania ziaren w piecu
• Czesciowe lub pełne przetopienie (struktura porowata lub zbliżona do pełnej)
• Wytrzymałosc (rozciaganie): 1100 (H20) • Grubosc warstwy: 20 - 50 Sm •Dokładnosc: 0.05 - 0.1 mm, • Wymagane wsporniki
- SLM Selective Laser Melting (MTT):
• Brak spoiwa i infiltracji • Laser NdYAG 100W • Stal o pełnej gęstości • Grubosc warstwy > 50 Sm • Dokładnosc: 0.1 - 0.2 mm, • Wytrzymałość (rozciaganie) 1100 MPa • Twardosc < 65HRC
- LENS
- Narzedzia laminowane - MELATO
- Narzedzia laminowane - Lastform
*Wysokowydajne narzedzia formujace
Korzysci: • Lepsze zarzadzanie termodynamika procesu • Poprawa jakosci wyprasek • Skrocenie czasu cyklu wytwarzania wypraski do ponad 35% • Redukcja kosztow
• Protomoulding - proces wdrożony przez firme Protomould. Oparty na frezowaniu HSM w oparciu o zaawansowany klaster obliczeniowy przygotowujacy dane (opracowujacy konstrukcje formy oraz
kody NC)
A. Technologie Rapid Tooling
*Etapy rozwoju produktu wg.
* Rodzaje modeli
*Typy prototypów
1Generatywne technologie wytw
2Rapid Tooling
3Różnice pomiędzy RT a konwencjonal. technologiami wytwarzania narzędzi
4Rapid Tooling: kiedy?
5Procesy stosujace narzedzia RT
6Klasyfikacja metod RT: kryteria
7Cechy metod RT
B. Pośrednie rapid tooling
8Posrednie metody RT
a. Odlewanie próżniowe
b. wtryskiwanie reaktywne RIM
c. Metalizacja łukowa
d.Kompozyty epoksydowe
e. Metal Part Casting (MPC)
C Bezposrednie rapid ToolingPROCESY :
-stereolitografia (SL)
-DirectAIM -drukowanie 3D (3DP):
- SLS - Selective Laser Sintering
- DMLS - Direct Metal Laser Sintering
- SLM Selective Laser Melting (MTT)
- LENS
- Narzedzia laminowane - MELATO
- Narzedzia laminowane - Lastform
*Wysokowydajne narzedzia formujące Korzysci
• Protomoulding
1 INZYNIERIA ODWROTNA
Odkrywanie intencji projektanta- kształtu geometrycznego, materiałów,zasad działania itp. dla obiektów już istniejących
W przemyśle wytwórczym inżynieria odwrotna najczęściej dotyczy digitalizacji trójwymiarowych kształtów obiektów fizycznych.
2Kopiowanie vs skanowanie
-wykonanie kopii w dowolnym czasie,
-archiwizacja dokumentu,
-możliwość modyfikacji np. rozpoznanie tekstu(OCR) i jego edycja.
3Zastosowania:
-odtwarzanie zagubionej lub nieistniejącej dokumentacji technicznej na podstawie posiadanego egzemplarza produktu,
- Tworzenie modelu części do naprawy lub regeneracji dla technologii sterowanych komputerowo,
-analiza obliczeniowa ( w systemach CAE) produktów konkurencyjnych,
-tworzenie modelu komputer. Na podstawie obiektu wykonanego przez stylistę lub artystę plastyka,
-uaktualnianie dokumentacji technicznej po badaniach optymalizacyjnych fizycznego prototypu (np. w tunelu aerodynamicznym),
-kontrola jakości- badanie wyrobów (odlewów, wyprasek) w celu oceny dokładności ich wykonania,
-projektowanie produktu dopasowanego swoim kształtem do istniejących obiektów (np.. implantu),
-trójwymiarowa wizualizacja produktów,
-rekonstrukcje wypadków,
-dokumentacja 3D zabytków:
(np. 1.dok. Cyfrowa wiernie oddająca kształt obiektu,fakturę i kolor pow.2. śledzenie stanu zachowania zabytków3.wirtualne muzea i prezentacje w systemach stereoskopowych).
4Metody digitalizacji obiekt fizycznych :
a. Bezdotykowe (aktywne, pasywne)
b. Dotykowe (niszczące, nieniszczące)
5Metody dotykowe
*maszyny współrzędnościowe:
Głowica przełączająca, tryb pracy manualny i CNC, szeroko stosowane,wysoka dokładność, wolny pomiar, wymagana kompensacja
*ramiona pomiarowe:
- sztywna głowica pomiarowa;- pkt. Pomiarowewskazywane ręcznie przez operatora poprzez dotknięcie pow. Obiektu i naciśnięcie przycisku; -współrzędne pkt.obliczna na podstawie informacji z enkoderów w przegubach ramienia; - wymagana kompensacja;- możliwość zastosowania głowicy optycznej WADY : mniejsza dokładność niż CMM ( zależna od operatora); - wolny pomiar bez możliwości automatyzacji; ZALETY : - mobilność; - pneumatyczne i magnetyczne stopy montażowe, - wymienne końcówki pomiarowe; -wyniki najczęściej w postaci raportu pomiarowego, - łatwość obsługi, - niski koszt.
*skanery dotykowe:
- głowica skanująca, - trzpień pomiarowy jest w stałym kontakcie z powierzchnią obiektu, -zaleta: pomiar automatyczny, - wymagana kompensacja wyniku, - Zaleta: szybki pomiar (100-1000 pts/s), - możliwe zastosowanie oprogramowania CMM, duża dokładność, ale mniejsza od CMM. Wada : wysoka cena
6SKANOWANIE NISZCZĄCE:
Pomiary przez fotografowanie przekrojów obiektu odsłanianych przez usuwanie kolejnych warstw (CGI).
7METODY OPTYCZNE:
Metody punktowe:
-czas lotu ; -przesunięcie fazowe; - triangulacja laserowa;
m.liniowe:
-pomiar w 0.3 sekundy, 24-bitowy kolor; - możliwość skanowania do pamieci wewnętrznej.
m.obszarowe:
skaner światła białego GOM Atos II :
- system pomiarowy wykorzystujący oświetlenie strukturalne; - obszar pomiarowy od 30x24 mm do 2000x1600 mm ; -dokładność (+ -) 0.025 mm.
8DANE POMIAROWE : chmura punktów
- chmura może być kolorowa: - dane w ej postaci wystarczają do wizualizacji ( np. w architekturze) i do prostych pomiarów odległości.
9PROCES REKONSTRUKCJI:
*PLANOWANIE REKONSTRUKCJI
-zastosowanie uzyskanego modelu; - zakres rekonstrukcji, - wymagana dokładność rekontr. ,- wybór metody akwizycji danych, - przygotowanie obiektu, - strategia pomiarowa, - sposób zamocowania obiektu.
*AKWIZYCJA DANYCH;
* PRZETWARZANIE DANYCH.
* ZASTOSOWANIE UZYSKANEGO MODELU :
-inspekcja - porówanie z modelem CAD, - archiwizacja danych, - model do procesów Rapid Prototyping, - wytwarzanie noej części lub narzędzia, - analiza FEA/CFD, - budowa / aktualizacja modelu CAD, - wizualizacja w systemach VR
* ZAKRES REKONSTRUKCJI :
-cała powierzchnia/ fragment, - rodzaj obiektu : (kształt pryzmatyczny; pow swobodna ; punkty charakterystyczne); - dostęp : ( powierzchnia zewnętrzna / struktury wewnętrzne); - pełna rekonstrukcja/ aktualizacja modelu; - stan techniczny obiektu; - technologia wytworzenia obiektu.
* WYMAGANA DOKŁADNOŚĆ REKONSTRUKCJI:
- krok i podziałka skanowania, - tolerancja cięciwy, - wzrost liczby punktów= wydłużenie czasu skanowania.
* WYBUR METODY POMIAROWEJ :
- materiał obiektu, - wym gabarytowe i kształt, dokładność, - czas.
* PRZYGOTOWANIE OBIEKTU ( w zależności od metody digitalizacji)
- oczyszczanie obiektu, usunięcie zbędnych elem. , - wypełnienie otworów, - naprawa uszkodzeń, - przygotowanie powierzchni refleksyjnych do skanowania optycznego ( pokrycie pudrem ), - naniesienie markerów.
* STRATEGOA POMIEAROWA:
- pojedyncza orientacja obiektu, - podział zadania na etapy ze zmianą orientacji lub kierunku pomiarów, - ocena dostępu powierzchni, - wybór trzpienia pomiarowego, - dobór parametrów.
* ZAMOCOWANIE OBIEKTU:
- musi być stabilne, nie może ograniczać dostępu, - nie może odkształcać obiektu.
10EDYCJA SIATKI TRÓJKĄTÓW:
-naprawa defektów powierzchni (uzupełnianie dziur, wygładzanie), - zmniejszanie liczby trójkątów, -detekcja i wyostrzanie krawędzi.
11EFEKT REKONSTRUKCJI:
- model kształtu obiektu rzeczywistego :
-digitalizowany obiekt nie jest identyczny z pierwotną intencją konstruktora;
- jak każdy pomiar, także digitalizacja wynosi błędy.
- otrzymany model ( najczęściej powierzchniowy) jest nieobiektowy i nieparametryczny:
- geometria sztywna , trudna do modyfikacji w tradycyjnym systemie CAD; - kształt opisany jest swobodnymi powierzchniami NURBS, brak w nim prymitywów geometrycznych i powierzchni idealnie płaskich lub idealnie obrotowych.
12Modelowanie w sys CAD :
Modele parametryczne CAD posiadają historię wykonywanych operacji i mogą być swobodnie modyfikowane
13Rekonstrukcja modelu NURBS :
Są trudne do modyfikacji i nie przenoszą informacji innych niż geometryczne.
W zastosowaniach przemysłowych w których wynik rekonstrukcji poddawany jest dalszym modyfikacjom, pożądanym jest model parametryczny.
1 INZYNIERIA ODWROTNA
2Kopiowanie vs skanowanie
3Zastosowania
4Metody digitalizacji obiekt fizycznych
5Metody dotykowe
*maszyny współrzędnościowe
*ramiona pomiarowe
*skanery dotykowe
6SKANOWANIE NISZCZĄCE
7METODY OPTYCZNE
Metody punktowe
m.liniowe
m.obszarowe
8 DANE POMIAROWE : chmura punktów
9PROCES REKONSTRUKCJI
10EDYCJA SIATKI TRÓJKĄTÓW
11EFEKT REKONSTRUKCJI
12Modelowanie w sys CAD
13Rekonstrukcja modelu NURBS