Основы САПР (CAD,CAM,CAE) - (Кунву Ли)(2004) (951262), страница 74
Текст из файла (страница 74)
лце один способ использования геометрической модели в производстве — зто ыстрое прототипирование. Существуют разные процессы быстрого прототирования, но все их объединяет то, что прототип изготавливается путем полойного наложения композитного материала. Основное преимущество быстроо прототипирования состоит в том, что прототип создается за один прием, исходными данными для него служит непосредственно геометрическая модель стали.
Таким образом, отпадает необходимость в планировании последоватсль' ости технологических процессов, специальном оборудовании для обработки атериалов, транспортировке от станка к станку и т. д. Однако по сравнению обработкой на станке с ЧПУ этот процесс имеет сушественный недостаток— ггранцчснность выбора материалов. Поскольку станки с ЧПУ способны обрабаывать большую часть лоступных промышленных материалов, включая металы, то физические объекты, изготовленные методом быстрого прототипироваия, используются главным образом в качестве прототипов или шаблонов лля .ругих производственных процессов.
осле появления систем твердотельного моделирования в начале 70-х гг. Х в. делались попытки генерировать физические объекты непосредственно гз геометрических данных, не прибегая к использованию традиционных инструентов. Новая технология получила название быстрое прототипирование (гарЫ гогогургпй), а также послойное изготовление (1аувгвгг тапи/асгиппй), трехмерная вчать (ЗР рппггпй), пастельное изготовление (ггвзйгор тапи~асгийпй) и изготовгвние обьвмных деталей произвольной формы (воЫ ~кеегогт тапи~асгиппй) (881. того времени эта технология шагнула далеко вперед, найдя множество примеений на производстве помимо изготовления прототипов. Исходя из этого, бо' ев удачным обозначением для нее в настоящий момент представляется термин бьктправ'проттпипйровагпгв и йэготовльчягвг(щэйг ргоМур))гав)гг)гЬгапфусгиг(яй); или, БПИ, который мы и будем использовать в этой гдэве'.
В основе своей процессы быстрого прототипирования и изготовления состоят из трех шагов; формирование поперечных сечений изготавливаемого объекта, послойное наложение этих сечений и комбинирование слоев. Таким образом:-,';",'' чтобы создать физический объект, этим процессам требуются данные лишь'о поперечных сечениях; кроме того, исчезают следуюшие проблемы, часто возникшо- .':.
", щие в связи с другими производственными процессамиг О Отпадает необходимость в топологическом проектировании и распознавании по элементам, поскольку планирование процессов, в ходе которого использу- ' , '': ется эта информация, ие требуется. Аналогичным образом, не нужно преобра-': ."-' зовывать элементы конструкцгш в элементы изготовления. Достаточно имеп,:,;,; трехмерную поверхностную илп тверЛотельную модель детали, на основе Которой будут сгенерированы данные гюперечных сечений. О Не требуется определять геометрию пустого пространства, поскольку в ходе.
'.';-:.: процессов БПИ материал добавляется, а не снимается. О Не нужно определять несколько наборов оборудования или сложные последовательности обработки материала, поскольку деталь изготавливается за один прием. О Нет необходимости рассматривать конструкции зажимов и креплений.(Не:,"-'.,:,. которые процессы могут требовать создания вместе с деталью поддерживаю-"';",',-,, щих структур. О поддерживающих структурах речь пойдет позже.) О Не нужно проектировать и изготавливать формы и штампы, так как процессы:.'-,',: БПИ являются безынструментальными. Таким образом, поскольку процессы БПИ позволяют создать физический объ- ' .'. ект без использования инструментов, они хорошо подходят для интеграции про- ' ектирования и изготовления без планирования процессов.
Слои поперечных сечений могут создаваться и комбинироваться одним из следующих методов: О полимеризация смол лазером, другими источниками света или лампами; О избирательное спекание твердых частиц или порошка лучом лазера; О связывание жидких или твердых частиц путем склеивания или сварки; О резка и ламинирование листового материала; О плавление и отверждение. Типичные процессы быстрого прототипирования и изготовления, основанные.на .:::.-': этих методах, описаны в следующем разделе. 12.2.
Процессы быстрого прототипирования и изготовления Характеристики некоторых серийно выпускаемых машин для быстрого прототи-. пирования н изготовления, использующих различные типы процессов, сведены.; в табл. 12.1. Островок б Угловое соединение Луч лазера Сканирующее -т Потолок с аркой Потолок Чан Платб>оома 'В ковце' 7О-х — начаде 80-х >т. ХХ в. А. Гепбеьрх из корпорации ЗМ в Мнннеайолисе, Х. Колама ик Исследовательского йнцтитута префектуры Нагоя е Японии и К. Хаял из корпорацяи Нега тг(о!ег Ргог)цсгз (1Л>Р) в Калифорнии независимо друг от пруса 'работали над идеями быстрого прототипирования, основанными на избирательном отверждения поверхностного слг>я фотополимера и построении трехмерных объектов из последовательно наложенных слоев. Терберт и Кодама прекратили работу из-за недостатка финансирования, так и не сумев разработать коммерческий продукт.
Халл благодаря стабильной поддержке от (>'т>Р разработал систему, способную автоматически изготавливать детали сложной формы. Халл ввел в обращение тсрьцщ стереоли>потрафил ,(згегео(тйойгарйу) и в 1986 г. основал корпорашпо 30 5узгспвь которая начала производить стереолитографические аппараты (згстео )й1>ой>ар)>у аррагагцз— 5) А). Процесс изготовления детали изображен на рис. 12.1, а и протекает следующим образом.
'1. Фоточувствительный полимер, затвсрдеваюгций на свету, поддерживается в жидком состоянии. 2. На толщину одного слоя ниже поверхности жидкого полимера располагается платформа, способная двигаться в вертикальном направлении 3. Ультрафиолетовый лазер сканирует слой полимера над платформой, отвсрждая полимер по форме соответствующего поперечного сечения. Обратите внимание, что зтот процесс начинается с нижнего поперечного сече>шя летали. б РИС.
12.1. Стереолитография: а — процесс; б — аппарат ЯЛ-3500 от ЗО зузтегпз (с разрешения 30 Зузтегпз,!псб 4. Платформа опускаетск в ванну:с полимцро>я'иа ттппцицу'::одного слоя,; давйя полимеру растечься по поверхности деталй для начала нового слоя. 5. Шаги. 3 и 4 повторяются, пока не будет наращен верхний слой детали., 6. Для полного затвердевашгя детали выполняется окончательное отверждение, Этот шаг необходим, поскольку в каждом слое могут еще оставаться жидкие участки.
Так как лазерньй луч имеет конечные размеры, сканирование Кале дого слоя аналогично закрашиванию некоторой фигуры тонкой цветной ручкой.:. Реальный аппарат для стереолитографии показан на рис. 12.1, 6 Стереолитография наиболее популярна среди процессов быстрого прототипиро'- вания и изготовления, и ее интерфейс с твердотельной моделью стал стандартом для других процессов. Однако она требует создания поддерживающих структур, егли деталь имеет вырезы внизу, то есть верхнее поперечное сечение детали имеет большую плопщдь, чем нижнее (рис. 12.2). Изготовленная методом стереолитографии крыльчатка изображена на рис. 12.3.
Более подробно процесс стерео- литографии будет описан далее. Рис. 12.2. Поддерживающие структуры в стереолитографии Рис. 12.3. Крыльчатка, изготовленная методом стереолитографии Нанесение полимера 6 Лазерная оптика Луч и сканирующие зеркала СОз-патера Экспонирование в Выравнивание а Готовая деталь Стачивание е удаление жидкости г Цилиндрическая заготовка Деталь Выравнивающии валик Заполнение пустот ст Рис. 12.а. Система Яоапег 2.2.2.2. Отверждение на твердом основании В про!шссе отверждешгя на твердом основании (зо1Ы йгоцпг1 сцггпй, ВОС) каждг !и слои оГпгсржшктся путсл! экспонирования ультрафиолетовой лампой, а нс скан:грования лазерным лучом Таким обр гзом, все точки слоя затвердевагот одноврсмснно и окон штелыя» огвсржшние нс тРебуется.
Типичный процесс отвар>каспия нг твер;иги оснопашш имеет место в системе бо!к)ег от СцЬгса) 1згае1, 1мбота к!порол происходит т,гк. Пг . явным ! с!кис гричсскои модели лета.ш и жсласмои толн!ине слоя рассчитывгсгсн до!»рсчнос сс'и'нис ха!злого слоя. 2 1;г! каждого сг!г!я изготаз !шгжггся оппгческан маска но форме соответствую!и!го поперечного се гшшя 8 После выраишвания (рис. 12.1, а), платформа нокрьпшется тонким слоем жидкого фотопгшимера (р!ю. 124, б). 1(ш !швсрхностью жидкой и гастмзссь! номешается маска, соответствующая гск;шеи! с.,окг, и плагггтяасса экспонируется светом мои!ной ультрафиолсто'юи лсвшы (рис. 12А, в). Обратите винт!анне, что процесс на шнается с маски.
щ»! встствукнцей шокнсму с кио. Ос швы!аяся жидкость удаляешя с изделия аэродинамическим в)рог (рис. 12сй г), Пгдгиие покрывается сшсм жигппно воска. который запшшяет пустоты Плк 12»й д). Затем к воску прикчадышктсн холоди н пластина, и он затвердел:кт Г, ои стачиваетсн до желаемой толгцины с помон;ью гплнфовальнгят! диска (рис. 12»й е) 8. Готовая часть изделия покрывается тонким слоем жидкого полимера, и шаги 4 — 7 повторяются для каждого последуюшего слоя, пока не будет обработан самый верхний слой. 9. Воск расплавляется и удаляется из готовой детали. Главным преимушеством отверждения на твердом основании по сравнению со стереолитографией является отсутствие необходимости в поддерживаюших структурах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
