Лосев_ПЗ (1191585), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Рисунок 2.1 – Модель принтера от компании Ultimaker

2.2.2 Конструктивные особенности FDM принтера

FDM печать является самой распространенной на рынке любительских и полупрофессиональных принтеров. Соответственно, десятки конкурирующих компаний выпускают принтеры данного типа, и общее число моделей исчисляется сотнями. В целом, концепция FDM принтера по своей сути не подразумевает разительных отличий между моделями, и существует набор компонентов, присутствующих в каждом принтере, вне зависимости от производителя. Рассмотрим их подробнее.

1. Печатная головка.

Печатная головка FDM-принтера, экструдер – это непосредственно та часть принтера, которая производит нанесение слоя пластика. Строго говоря, вся печатная головка состоит из нескольких частей, из которых непосредственно «экструдером» является лишь подающий механизм. Тем не менее термин «экструдер» повсеместно применяется в качестве синонима целой печатающей сборки. Устройство экструдера представлено на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Печатная головка в разрезе

Для того чтобы нить не расплавилась слишком рано, верхняя часть головки охлаждается с помощью радиаторов и вентиляторов.

Следует отметить важный факт – в одной модели принтера может быть несколько экструдеров. На практике активно применяются принтеры с двумя экструдерами. Такие модели могут предоставить лучшее качество построения поддержек.

2. Рабочая платформа.

Построение моделей происходит на специальной платформе, зачастую оснащаемой нагревательными элементами. Подогрев требуется для работы с пластиками, подверженными высокой степени усадки при охлаждении. Быстрая потеря объема холодными слоями в сравнении со свеженанесенным материалом может привести к деформации модели или расслоению. Подогрев платформы позволяет значительно выравнивать градиент температур между верхними и нижними слоями.

Однако, для некоторых материалов, наоборот, требуется охлаждение. PLA-пластик требует достаточно длительного времени для затвердевания. Подогрев PLA может привести к деформации нижних слоев под тяжестью верхних.

3. Механизмы позиционирования.

Печатающая головка должна перемещаться относительно рабочей платформы, причем в отличие от обычных офисных принтеров, позиционирование должно производиться не в двух, а в трех плоскостях (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 – Принципиальная схема движения печатной головки

Для этого в каждом принтере установлены серводвигатели (пошаговые моторы), которые контролируют положение головки относительно направляющих через систему ремней или рычагов.

Существуют два принципиально отличающихся механизма позиционирования – принтеры с ортогональной системой координат и «дельта» принтеры. Разница между ними представлена на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 – Виды принтеров по типу устройства механизма позиционирования

На принтерах с ортогональной системой координат два привода отвечают за положение головки по осям X и Y, а рабочая платформа имеет возможность опускаться, что позволяет напечатать новый слой (как на рисунке 2.3).

Дельта-принтеры для крепления и перемещения печатающей головки используют систему из трех рычагов, располагающихся на вертикальных оптических осях. При этом три серво привода совместно контролируют положение печатающей головки в пространстве. Стол статично закреплен в основании принтера, и подъем на новый слой осуществляется с помощью подъема печатной головки (все три привода действуют синхронно).

4. Элементы управления.

Управление работой FDM-принтера, включая регулировку температуры сопла и платформы, темпа подачи нити и работы пошаговых моторов, обеспечивающих позиционирование экструдера, выполняется электронными контроллерами, установленными в корпусе принтера. Большинство контроллеров основываются на платформе «Arduino», имеющей открытую архитектуру.

Программный язык, используемый принтерами, называется «G-Code» и состоит из перечня команд, поочередно выполняемых системами 3D-принтера. G-код компилируется программами, называемыми «слайсерами» – стандартным программным обеспечением 3D-принтеров.

5. Механизм подачи пластиковой нити

В экструдер пластиковая нить поступает через механизм, закрепленный на верхней панели корпуса принтера. В свою очередь, в него нить поступает с свободно вращающейся катушки. Следует отметить, что иногда в печатной головке отсутствует механизм подачи, и она осуществляется с корпуса. У такого способа есть свой плюс – печатная головка значительно облегчается. Однако необходима более точная настройка скорости подачи для корректного процесса экструзии.

2.2.3 Принципы моделирования и пригодность моделей к печати

При проектировании трехмерных моделей с целью их последующей печати, инженер должен учитывать ряд особенностей технологического процесса.

С развитием отрасли и появлением новых, современных, технологий и печатных средств появилась реальная возможность воспроизведения деталей почти любой формы и сложности. Поэтому говорить о том, что на трехмерные модели, проходящие процесс подготовки к 3D-печати, накладываются некие серьезные ограничения, было бы не корректно. Однако, существуют некоторые особенности, продиктованные самой технологией послойной печати моделей. Если такие особенности не учитывать, то можно столкнуться со следующими проблемами:

– поверхность изделия имеет не удовлетворительное качество;

– на изделии отсутствует часть конструкционных элементов, которые были заложены в проект;

– изделие имеет недостаточные прочностные характеристики;

– при печати было израсходовано неоправданно много материала;

Рассмотрим принципы моделирования и подготовки трехмерной детали к печати. При создании трехмерной модели изделия в САПР необходимо учитывать основные ограничения [15]:

– во всем объеме модели необходимо не допускать наличия стенок, толщина которых меньше минимально рекомендуемой при печати определенным принтером;

– необходимо исключить закрытые полости в модели, печать крышки которых невозможно произвести без использования поддержек;

– необходимо не допускать тонких навесных панелей для избегания возможного излома;

– требуется учитывать зоны доступа инструмента для удаления поддержек, если таковые имеются. Не следует проектировать модель таким образом, что доступ для удаления поддержек не будет обеспечен;

– при моделировании крупных объектов необходимо сразу определить вертикальную ось печати и не допускать массивных навесных конструкций. Если модель массивна, то ее основание также должно иметь достаточную толщину для предотвращения расплющивания слоев;

– по возможности, предполагаемое основание модели должно иметь достаточную площадь и плоскую форму. Это создаст прочную основу с первых слоев печати.

При подготовке трехмерной модели к печати необходимо учитывать:

– от качества экспорта модели в требуемый принтеру формат напрямую зависит качество печати мелких элементов, скруглений, фасок, сложных поверхностей;

– модель будет гораздо более прочной по направлению, перпендикулярному нормалям слоев печати. Если на модель будут оказываться механические нагрузки, необходимо учитывать, что возможен параллельный срыв слоев;

– от эффективной ориентации модели при подготовке к печати зависит количество поддержек и расход пластика;

– при использовании поддержек, поверхности изделия, которые на них опирались, имеют гораздо более низкое качество, чем поверхности, напечатанные без использования поддержек. Таким поверхностям требуется дополнительная обработка, и это следует учитывать, если к изделию предъявляются повышенные эстетические требования.

2.2.4 Принтер Miсromake D1

При выполнении практической части ВКР использовался принтер Delta Kossel 1 от китайского производителя Micromake. Общий вид принтера представлен на рисунке 2.5. По типу данный принтер является дельта-принтером.

Рисунок 2.5 – Вид модели принтера Micromake D1

У основания принтера располагается монохромный дисплей, отображающий некоторые основные параметры, такие как температура экструдера.

Характеристики принтера представлены в таблице 2.2 [16].

Таблица 2.2 –Техническое описание принтера

Продолжение таблицы 2.2

2.3. Программное обеспечение для работы с принтером трехмерной
печати

Программы для перевода трехмерных моделей на язык, который понимает конкретный 3D-принтер называются слайсерами (от англ. to slice – разрезать). Слайсеры выступают в качестве драйверов принтера с расширенным функционалом. Все современные программы такого типа имеют графический интерфейс, позволяющий не только автоматически задавать алгоритм действий принтера, но и изменять настройки самого процесса печати.

В данном сегменте программного обеспечения в той или иной степени популярны около десятка продуктов. Рассмотрим две конкретные программы, которые были использованы в ходе работы над проектом и выделим их конкурентные преимущества.

2.3.1 CURA

CURA – это стандартная бесплатная программа-слайсер для всех 3D-принтеров линейки Ultimaker, но ее можно использовать и с большинством других принтеров, включая RepRap, Makerbot, Printrbot, Lulzbot и Witbox. Она имеет полностью открытый исходный код. Ее возможности можно расширять с помощью плагинов, что является неоспоримым плюсом при постановке более сложных задач. Однако наиболее ярким преимуществом программы является ее удобство в использовании для печати технически простых проектов с минимальными затратами времени и усилий на редактирование настроек. Интерфейс представлен на рисунке 2.3.

Продукт CURA очень легок в использовании и позволяет управлять самыми важными настройками 3D-печати через интуитивно понятный графический интерфейс. Неопытному пользователю предоставлен режим «Basic», используя который, можно быстро войти в курс дела и изменить настройки качества печати [17]. Если требуется более тонкий контроль, режим «Expert» предоставит расширенный функционал.

Рисунок 2.6 – Интерфейс вкладки Basic

CURA можно использовать и для прямого управления принтером, но тогда принтер и компьютер должны быть соединены друг с другом посредством сети или USB кабеля.

Данный слайсер использовался на начальных этапах разработки корпуса робота. С его помощью удобно выводить на печать небольшие эскизные модели, элементы крепежа. В таких ситуациях расположение всех важнейших настроек печати в прямом доступе пользователя исключительно удобно. В программе нет лишних компонентов, которые, чаще всего, никогда не понадобятся пользователю домашнего 3D-принтера – именно на эту аудиторию рассчитан продукт.

2.3.2 Simplify3D

Simplify3D – это профессиональная платная программа для подготовки файлов объемных моделей в формате STL к трехмерной печати с широчайшим набором возможностей. Гибкий алгоритм проверяет модель на наличие проблем, исправляет их, показывает предварительный просмотр процесса печати, и затем нарезает ее. Среди всех программ подобного типа, Simplify3D показывает наименьшее время, затраченное на нарезку модели на слои и подготовке к печати благодаря оптимизированным алгоритмам расчета.

Характеристики

Список файлов ВКР