background image

1. Opisać na czym polegają metody Szybkiego Prototypowania (RP/RT), podstawowe metody 

tworzenia prototypów.

RP jest to technika szybkiego wytwarzania fizycznych modeli produktów lub części składowych 
oraz prototypów funkcjonalnych, technicznych, wizyalnych z pominięciem Tradycyjnych 
technologii mechanicznych (odlewnicznych, ubytkowych i elektroerozyjnych). Niezbędnym 
warunkiem pełnego wykorzystania możliwości RP jest ich integracja z całym procesem rozwoju 
produktu. Metodę tę można skutecznie stosować we wczesnych fazach procesu, rozwoju, np. w 
Fazi wstępnego rozwoju produktu po to aby odpowiednio wcześnie wytworzyć model 3D lub 
pierwszy prototyp geometryczny.

Model CAD→Technika→wybór końcowy

Metoda ta umozliwia wykonanie modelu bezpośrednio z modelu CAD pomijając tradycyjne 
metody obróbki. Techniki RP są szczególne przydatne w tych gałęziach przemysłu w których 
istnieje potrzeba tworzenia modeli fizycznych.

Podstawowe metody tworzenia prototypów:

warstwowy przyrost tworzywa konstrukcyjnego:

SLA (sterolitografia)

SLM

SLS

B-D Printing

LOM

FDM

warstwowy ubytek tworzywa konstrukcyjnego (techniki obróbki szybkościowej):

HSM (high speed machining)

HSC (high speed cutting)

RM (rapid manufacturing)

background image

2. Rodzaje modeli prototypów- wymienić i scharakteryzować

Model koncepcyjny 

opisuje główne proporcje geometryczno-wymiarowe w sposób uproszczony 
umożliwiający jasno i przekonywująco zaprezentować koncepcję rozwiązania 
konstrukcyjnego szerszemu gronu projektantów lub decydentów. 

Bazuje na prostych elementach 3D

powinien być tani i szybko dostępny

niski stopień uszczegółowienia

Model ergonomiczny

wyznacza warunki brzegowe rozwiązania z uwagi na bezpieczeństwo i komfort obsługi 
produktu przez przyszłego użytkownika (szczególnie istotny np. w projektowaniu 
samochodów). 

Zawiera najistotniejsze kryteria i najostrzejsze ograniczenia projektowe, które znacznie 
wpływają na inne funkcje i chechy rozwiązania 

sredni stopień uszczegółowienia

Model geometryczny

odzwierciedla w pełni geometryczne cechy modelu CAD-3D. 

Nazywany jest często prototypem wizualnym

stosowany w pierwszej fazie projektowania i poszukiwania postaci konstrukcyjnej 
(zwłaszcza estetycznej tzw. DIZAJN i STAJL ;-) ), najczęściej istotne zanaczenie w 
odbiorze produktu

wysoki stopień uszczegółowienia rozwiązania

Model konstrukcyjny

jest syntezą trzech wymienionych modeli:koncepcyjnego, ergonomicznego i 
geometrycznego (chociaż też może być uproszczony)

umozliwia pełną ocenę orzwiązania konstrukcyjnego

wstepną ocenę technologidzności i funkcjonalności rozwiązania przez osoby trzecie: 
kliten, kooperator, dystrybutor, prasa itp.

wysoki stopień uszczegółowienia

Model funkcjonalny

ma cechy modelu konstrukcyjnego rozszerzone o mozliwości realizacji i oceny 
podstawowych funkcji wyrobu

jest końcową fazą projektowania wyrogu, w której dokonuje się całosciowej oceny 
rozwiązania z możliwością wprowarzenia korekt i zmian podnoszących zalety produktu 
lub eliminacji wady

umozliwia ocenę technologiczna (odnośnie do stosowanych technologi obróbki i 
montażu) oraz częściową ocenę cech funkcjonalnych

wysoki stopień uszczegółowienia

Prototyp funkcjonalny

umozliwia ocenę głównych funkcji rozwiązania w warunkach przyblizonych do 
rzeczywistych z ograniczonymi przestrzeniami eksploatacyjnymi

zazwyczaj nie jest jeszcze zbudowany z materiałów przewidzianych w produkcji seryjnej

Prototyp techniczny

ma wszelkie cechy funkcjonalne a częściowo też estetyczne produktu seryjnego

umożliwiające poddawanie go badaniom i ocenę w całym zakresie parametrów 
eksploatacyjnych

zbudowany z materiałów stosowanych w produkcji seryjnej

umozliwia pełny dobór technologii 

służy badaniom i wyznaczniu parametrów eksploatacyjnych 

zazwyczaj wykonwany jako seria próbna

background image

3. Główne fazy tworzenia modeli metodą STEREOLITOGRAFII

1. Budowa modelu w systemie CAD-3D
2. zaspisanie modelu w formacie *.stl (sterolitheography language)
3. zdefiniowanie okatformy (zadanie parametrów budowy modeli w urządzeniu SLA jes to mędzy 

innymi: rozdzielczość rodzaj żywicy, minimalna wielkość podpór

4. umieszczenie modelu/modeli na platformie (np. określanie położenia w przestrzeni określenie 

położenia w stosunku do ruchów zgarniania) 

5. weryfikacja poprawności plików *.slt modelu/modeli, w przypadku występowania błedów 

naprawa plików

6. projektowanie położenia i geometrii elementów wspierających model (nowy model 3D)
7. weryfikacja geometrii elementów wspierających
8. podział modelu 3D na warstwy zgodne z zadanymi parametrami tworzania modelu fizycznego
9. sprawdzanie poprawności plików *.bff
10. przesłanie pliku*.bff do urządzenie 
11. budowa fizycznego modelu w procesie fotopolimeryzacji
12. użycie utworzonego modelu z resztek nieutwardzonej żywicy
13. zakończenie procesu fotopolimeryzacji w urządzeniu PCA
14. obróbka wykańczająca model (polerowanie, kulkowanie itp.) 

4. Scharakteryzowac metodę oraz określić zakres jej stosowania ze względu dokładność i stosowane 

materiały.
1. Stereolitografia

polega na utwardzeniu promieniami lasera kolejnych warstw żywicy. Po wykonaniu modelu 
jest on dodatkowo wygrzewany w piecu w celu całkowitego utwardzenia

najstarsza, najbardziej rozpowrzechniona i najbardziej poznana metoda RP

technika zpewniająca wysoką precyzję przy dobrej jakości powierzchni, umożliwia 
utworzenie skomplikowanej struktury wewnętrzej elementu

wymiary uzyskiwanych części są ograniczone

brak możliwości doboru materiału, z którego zostanie wykonany element (uzyskany w tym 
procesie plastik ma zwykle niską wytrzymałość mechaniczną i może wymagać recznej 
obróbki końcowej w celu uzyskania gładkich form)

model SLA stanowi bezposrednia bazę do przeprowadzania badań elastoplastycznych 

zastosowanie:

wykonywanie modeli do badań przepływowych (silniki, kolektory)

badania i ocena marketingowa nowych produktów

medycyna (implanty układu kostnego→zaplanowanie przebiegu operacji)

architektura (modele wizualne i funkcjonalne)

archeologia (rekonstrukcja przedmiotów, elementów szkieletu) 

2. Mikrosterofrafia

integralny proces mikrostereolitograficzny pozwala tworzyć komponenty posiadające w 
rzeczywistości skomplikowane geometrie w niewielkim czasie produkcji

grubość warstwy ograniczona jest rodzajem tworzywwa ~5mikronów bardzo precyzyjna 

metoda ta pozwala na uzyskiwanie skomplikowanych kształtów 3D np. aparaty słuchowe

źródło światła→migawka→dynamiczny generator kształtu→lustro→element ogniskujący

3. SLM/SLS

metoda miejscowego spiekania laserowego

na platformie roboczej urzadzenia za pomocą specjalnego wałka rozprowadzana jest warstwa 
proszku, która następnie miejscowo spiekana laserem o dużej mocy 

materiały używane w tej metodzie:

tworzywa sztuczne, wosk, proszki metalu (FE, CE i inne), mieszaniny proszków 
metali i proszków ceramicznych

4. 3D-printing

prosta i tania metoda wykonywania modeli koncepcyjnych 

background image

polega na  warstwowym pajaniu materiału w postaci proszku za pomoca spiwa nanoszonego 
za pomoca głowicy drukującej

materiały uzywane w tej metodzie:

gips, wosk, celuloza, dekstron, polimery

zastosowanie:

architektura (makiety)

geodezja (makiety GIS)

edukacja (modele przestrzenne)

medycyna (modele przestrzenne→konsultacja przed operacyjna)

wzornictwo i reklama (badanie rynku odbioru)

odlewnictwo (jednorazowe formy odlewnicze

5. LOM (Laminated Object Manufacturing)

obiekt sklejany z kolejnyh warstw foli które wycinane laserem sklejaja się ze sobą

materiały uzywane w tej metodzie:

papier, tworzywa sztuczne, ceramika, metale

zastosowanie:

wizualizacja i badanie (np. karoserie i elementy samochodów)

modele fo formowania 

6. FDM (Fused Deposition Modeling)

polega na warstwowym nakładaniu stopionego materiału (za pomocą dyszy topiącej)

materiały uzywane w tej metodzie:

stop niskotopliwy, ABS, MABS, elastomery

zastosowanie:

we wszystkich segmentach przemysłu np.

przemysł elektrotechniczny

motroryzacyjny

medyczny

chemiczny

7. PollyJet

natryskiwanie kropli materiały akrylowego na powierzchnię, która utwadzamy UV

zastosowanie:

wykonywanie modeli koncepcyjnych i konstrukcyjnych nawet prototypów

przemysł :

samochodowy

lotniczy

AGD

zabawkowy

elektrotechniczny

urzadzeń medycznych

5. Typowe obszary zastowowań RP/RT dla medycyny

modele skomplikowanych protez (planowanie operacji→skraca czas na sali operacyjnej)

pomoc wizualna (aktualny stan obszaru do operacji)

pomoc dydaktyczna

6. Elementy problemów tradycyjnych metod wytwarzania.

Konieczność konstrukcji przedmiotów na podstawie jego indywidualnych cech, wystarczy jego 
model brłyłowy lub powierzchniowey

potrzeba przechodzenia od chech konstrukcyjnych do technologicznych, konstrukcja przedmiotu 
zawiera wszystkie informacje geometryczne niezbędne do wytwarzania 

konieczność okreslanai geometrii półfabrykatu

planowanie skomplikowanego procesu technologicznego, gdyż przedmiot jest wykonywany w jedej 
operacji w jednym ustawieniu

background image

7. Inżyniera odwrotna- cele i zastowoania 

Cele:

wzór opracowany przez plastyka-stylistę jako niekonwencjonalne rozwiązania ma być 
następnie wdrożony do produkcji

weryfikacja jakościowa wyrobu (porównanie pierwotnego modelu CAD z utworzonym na 
podstawie danych z RE(inżynierii odwrotnej) wykonanego elementu)   

zastosowania: 

medyczne:

na podstawie wyników uzyskanych z tomografii komputerowej lub rezonansu 
magnetycznego możliwe staje się tworzenie modeli CAD-3D

do projektowania i doboru implantów (twardych kostnych jak i miękkich chirurgii 
plastycznej) w zależności od indywidualnych cech fizycznych danej osoby 

ogólne

wykonywanie wirtualnego modelu 3-D z istniejącego fizycznego modelu (pierwotnego) 

8. Medoty digiitalizacji. Wymienić  i opisać.

Pomiar maszynką pomiarową

pomiar systmem laserowym

pomiar za pomocą przekroju świetlnego

pomiar z oswietleniem prążkowanym

Pomiar obiektu:

wiekszkość skanerów 3D (laserowe i operujące światłem białym) pomiar opiera się na 
analizie odgięcia prążków na powierzchni obiektu

pomiar należy do kategorii powierzchniowych pomiarów bezdotykowych

1. obiekt umieszczamy w przestrzeni pomiarowej, na nim projektowane są sekwencje obrazów 

prążkowych: 

5 obrazów prążkowych sinusoidalnych

9 obrazów binarnych o zmieniajacej się częstotliwości

2. moduł detektora pobiera obrazy prążków zniekształconych na powierzchni obiektu, w 

których zakodowana jest informacja o kształcie obiektu

3. w wyniku analizy pobranych obrazów prążkowych, wyznaczamy chmurę punktów 

powierzchni obiektu (X,Y,Z) i tekstura  (R,G,B)  i tworzy zbiór (X,Y,Z,R,G,B)

4. dla uzyskania w pełni 3D obiektu łączymy chmury punktów porbane z kierunkami. Ilośc 

kierunków zalezy od stopnai skomplikowania obiektu.

9. Metody łączenia „chmur punktów” i weryfikacji  pomiarów przy określaniu powierzchni

metody:

normalna lub metoda 6ptk polaga na wskazaniu 3 par odpowiadajacych sobie ptk na dwuch 
łączonych chmurach → jest to pierwszy etap wstepnego …....... łączenia chmur

użycie funkcji minimalizacji błedu RMS → zmniejsza nieprecyzyjność

za pomocą pomiaru na zintegrowanym ze skanerem dokładnym stolikiem obrotowym → 
umożliwia tworzenie „chmury przestrzennej”. Następnie łączymy te „chmury” aby 
wyeliminować „białe plamy”

weryfikacja

po otrzymaniu „chmury punktów” należy zamienić ją na powierzchnię. Najcześciej stosuje 
się zmiany na powierzchnię opisaną przez „siatkę trójkątów” o ustalonych przez nas 
parametrach. Na tym etapie istone jest właściwe przygotowanie „chmury” np. przez filtrację 
adaptayjną

na krzywych powinno być większe zagęszczenie ptk, natomiast na płaszczycnach powinno 
się eliminować więksość ptk. Takie rozłożenie ptk w „chmurze” umożliwia tworzenie 
dokładnych modeli przy jednoczesnej minimalizacji wielkości pliku.

background image

10. Scharakteryzuj sposób zapsu danych w formacie *.stl 

zapis za pomocą trójkątów 

wektor skierowany jest na zewnątrz 

numerowanie wierzchołków przeciwnie do ruchu wskazówek zegara patrząc na obiekt od 
zewnątrz (reg. Śruby prawoskrętnej)

parametry konwersji pliku *stl
1. powierzchnia obiektu rzeczywistego
2. powierzchnia obiektu po konwersji
3. trójkąt (faseta stl)
4. toleracja cieciwy
5. kąt między płaszczyznami

struktura pliku binarnego

pierwsze 80 bajtów użyte jest do pisu i zawieta takie informacje jak nazwa pliku, autor, data, 
itp.

w kolejnych 4 bajtach zawarta jest informacja dotycząca całkowitej ilośi faset

w następnych liniach zawarte są współrzędne składowej normalnej, oraz wszystkich 
wierzchołkach trójkota numerowane przeciwnie do wskazówek zegara

ostatnie 2 bajty w każdej z faset są puste by informacja o kazdej fasecie zawierała się w 50 
bajtach (12 dla wektora składowego, 36  dla 3 wierzchołków trójkąta, 2 wypełniających pustą 
przestrzeń)

11. deformacje modeli wykonywanych metodami RP, zcharakteryzować możliwe przyczyny ich 

powstania.

W procesach RP problemem jest jakość wytwarzanych przedmiotów.

Oprócz schodkowego wyglądu nachylonych powierzchni (warstwowe tworzenie powierzchni).

Wystepują problemy z kurczeniem materiału a takrze porowatość

Tworząc modele technikami RP trzeba uwzględnić zasady:

w przypadku elementów, w których szczegóły są porównywalne z grubością nakładanych warstw 
tworzywa należy spodziewać się ze ulegną deformacji

stobień deformacji szczegółów jest trudny do przewidzenia bo w dużym stobniu zależy od 
położenia siatki trójkątów tworząc strukruę powierzchni w formacie *.stl w sotsunku do warstw 
budowanego modelu

odpowiednie ustawienie przedmiotu podczas jego wytwarzania może wpływać na dokładność 
wykonania szczegółów modelu

12. Zdefiniowac pojęcie chropowatości i falistości

Chropowatość 

nierównosć powierzchni powstająca w procesie wytwarzania, która nie jest falistości lub 
wadą kształtu

Falistość

bląd wykonawczy najczęściej spowodowany wibracjami w maszynach wytwórczych w czasie 
obróbki elementu. Falistość jest okresową nierównościa która można opisać falą przy czym 
strzałka fali jest mniejsza co najmniej 40 razy od długości fali.