Товажнянский Л.Л., Грабченко А.И. и др. Интегрированные технологии ускоренного прототипирования и изготовления

Подождите немного. Документ загружается.

109

Рисунок 38 - Оптико-цифровая сканирующая

система Imetric IscanII в составе:

1 – сканирующая головка на треноге;

2 – источник света с оптоволоконным кабелем;

3 – компьютер управления и обработки данных;

4 – переносной фотоаппарат для фотограмметрии со

встроенным компьютером.

110

геометрических поверхностей для фотограмметрического

анализа и визуализации.

Вспомогательное оснащение системы Isсan II включает

набор светоотражающих маркеров различных диаметров,

набор углеволоконных стандартных стержней с маркерами,

покрытыми светоотражательным веществом длиной 2 м и пр.

Габариты пространства возможных измерений от

100



100



100 мм до 10000



10000



10000 мм. Перед

сканированием объекта необходимо осуществить настройку и

калибровку системы. Если деталь имеет сравнительно

небольшие размеры (до 500



1000 мм), то она может быть

отсканирована при помощи калибровочной пластины или

другого ссылочного объекта, на котором она может быть

размещена или который может быть размещен над деталью.

Крупногабаритные детали подготавливаются к измерениям

наклейкой светоотражательных маркеров. Кроме этого

необходимо проконтролировать отражательные свойства

детали. Сканер может эффективно работать только с

темными и яркими объектами. Если деталь имеет небольшой

блеск, то ее поверхность необходимо обработать темной

аэрозольной краской. Необходимо также подобрать

интенсивность окружающего освещения, поскольку яркий

свет будет отражаться в камере. Если объект достаточно

большой, то устранение ярких пятен с различных ракурсов

может занять существенное дополнительное время.

При сканировании больших объектов с наклеенными

светоотражающими мишенями необходимо соблюдать

следующие правила: в каждом виде камера должна

фиксировать минимум четыре маркера. Рекомендуемое

расстояние между маркерами до 400 мм. Кроме этого

необходимо следить, чтобы сканируемые маркеры

одновременно находились в поле зрения камеры и проектора.

Камера измеряет заданные координаты с помощью маркеров,

также как и при помощи стандартных калибровочных

приспособлений. При преобразовании полученных данных в

111

цифровой вид очень важно получить совмещение координат

измеряемых точек с координатами реперных точек,

полученных при фотограмметрии.

Система сканирования Iscan II в течение нескольких

минут производит съемки объекта в виде множества точек

поверхности и регистрирует их автоматически в одной общей

системе координат X-Y-Z. Объект представляется в виде

последовательно отсканированных поверхностей (рис. 39).

Преимущества данной оптической цифровой системы:



высокая скорость измерений;



высокое разрешение по сечениям;



мобильность;



легкость использования.

Порядок работы: на каждый объект наклеивается

совокупность мишеней (целей) и производится

фотографирование целей на поверхности; с помощью

программного обеспечения осуществляется привязка

мишеней к системе координат (X-Y-Z), затем производится

сканирование поверхностей как совокупностей точек и

наложение массива (облака) точек на систему точек с

известными координатами.

Облако точек на поверхности измеряется путем подачи

на объект двухполосного света (свет-тень). Между светом и

тенью образуется граница, которая повторяет искривление

измеряемой поверхности

Сначала на объект подается 2 полосы, затем 4, 8 и т. д. В

результате расстояние между полосами последовательно

уменьшается, а также предельное расстояние между

границами. Таким образом, любая поверхности

воспринимается как совокупность полос (границ свет-тень) и

замер этих сечений дает совокупность измеряемых точек

(линий).

Любой объект представляется в виде последовательно

отсканированных частей поверхностей, при этом мишени на

поверхности видны на двух смежных поверхностях.

112

Рисунок 39 –Этапы сканирования автомобильной двери:

а, б, в – последовательность сканирования,

г – окончательный вид после «сглаживания-сшивания»

поверхностей.

а )

б )

в )

г )

113

После сканирования с помощью специального

программного обеспечения производится ручное

«сглаживание-сшивание» всех поверхностей в единый

объект. При необходимости измеряемый объект может быть

представлен в триангуляционном формате (STL-файл), с

которым возможно далее работать в системах RP.

Полученный STL-файл используется для контроля качества

изготовления изделия (верификации) путем совмещения его

оцифрованного изображения с 3D CAD моделью с учетом

заданных предельных отклонений.

Для установления соответствия обработанной

поверхности заданным параметрам шероховатости измерения

можно производить при помощи различных приборов,

предназначенных для ее объективной оценки.

Ужесточение требований к качеству обработанной

поверхности ставит вопрос повышения точности этих оценок.

Центр располагает соответствующим сегодняшним

требованиям профилометром-профилографом Surtronic 3+

фирмы Taylor-Hobson (рис. 40). Он является переносным

прибором, предназначенным для измерения основных

параметров шероховатости в лабораторных и

производственных условиях:

– среднее арифметическое отклонение профиля;

– высота неровностей профиля по десяти точкам;

– среднее квадратичное отклонение профиля;

max

– наибольшая высота неровностей профиля;

– относительная опорная длина профиля;

– средний шаг неровностей.

Базовая длина, зависящая от величины шероховатости,

может иметь следующие значения: 0,25, 0,8 и 2,5 мм.

Принцип работы прибора следующий: механизм привода

осуществляет продольное перемещение измерительной

головки с заданной скоростью. На измерительной головке

114

Рисунок 40 – Внешний вид и схема профилометра-профилографа

Surtronic 3+фирмы Taylor-Hobson:

1 - блок управления; 2 - приводной вал – держатель;

3 - измерительный щуп; 4 - измеряемая поверхность;

5 - блок питания; 6 – принтер; 7 - блок питания;

8 – профилограмма.

115

закреплен щуп, на конце которого находится алмазная игла,

ощупывающая исследуемую поверхность. Щуп связан с

индукционным датчиком, сигнал с которого подается в блок

управления. При перемещении щупа он дополнительной

опорой, находящейся возле алмазной иглы, опирается на

измеряемую поверхность, скользя по ней. Таким образом,

пятка щупа является как бы базой, от которой отсчитывается

перемещение иглы щупа. Так как радиус опоры достаточно

большой, то возможно перемещение щупа не только по

гладкой поверхности, но и развитой, например, слоистой. Эта

особенность позволяет производить измерения на сложных

поверхностях и в трудно доступных местах. При

перемещении щупа по измеряемой поверхности алмазная

игла поднимается и опускается на микронеровностях

поверхности. При этом в индукционной катушке, связанной с

алмазной иглой, возникает ЭДС, пропорциональная размерам

микронеровностей. Сигнал подается в прибор, где

производится подсчет параметров шероховатости.

В комплект входит непосредственно сам прибор,

печатающее устройство, блок питания. Прибор состоит из

блока управления и вала-держателя, на котором

устанавливается щуп с алмазной иглой. Исходные данные и

результаты измерений выводятся на экран прибора. Принтер

позволяет создавать твердые копии отчетов.

Применительно к геометрическим телам, получаемым

генеративными способами, характеристики прибора

соответствуют задаче по оценке шероховатостей

поверхностей первого и второго порядка, различно

ориентированных относительно вектора наращивания.

6.4. Используемые материалы

Процесс лазерной стереолитографии SLA реализуется в

среде многофункциональных или специальных

фотополимеров.

Система SLA 5000, использующая полимеры в качестве

рабочего материала, очень эффективна, так как резко

116

снижается энергоемкость производства (требуется в 50



100

раз меньшее количество энергии, чем при использовании

термических методов), а использование материала достигает

100%. Разнообразие свойств изделия может быть достигнуто

путем выбора необходимого из широкого диапазона

существующих мономеров и полимеров.

Фотополимеры обладают уникальными

характеристиками, пригодными для генеративных

технологий. Во-первых, процесс фотополимеризации всегда

происходит в тонких слоях. Во-вторых, изменяя свойства

вязкости, можно обеспечить увеличение скорости процесса и

уменьшение усадки материала, т. е. достичь целей, которые

стоят перед генеративной технологией. С другой стороны,

знание условий процесса, которые являются результатом

использования лазерных источников энергии, позволяют

оценить механизм основных процессов фотополимеризации.

Возможно использование смол в других, отличных от SL

методов RP.

В наших исследованиях лучшие результаты были

получены при использовании стереолитографического

материала SL 7540 фирмы Vantico и RPC Cure 300

(Швейцария).

SL 7540 представляет собой фотореактивный материал в

жидком состоянии, по цвету напоминающий янтарь.

Плотность соответствует 1,14



1,18 г/см

(при 25



С) и

вязкость 279



540 cps (при 30



С). Рекомендуемая при

формировании изделия толщина слоя 0,025



0,2 мм. Глубина

проникновения луча в материал – 0,25 мм. Характеристика

основных свойств приведена в табл. 14.

Для технологии, лазерного избирательного спекания SLS

применяются порошки из достаточно широкой гаммы

материалов - от воска до алюминия, стали и керамики.

В центре были использованы порошки полиамида

Dura Form PA и стеклонаполненный жаропрочный полиамид

Dura Form GF. Это новое поколение нейлоновых материалов,

117

специально разработанных для термопластиковых деталей,

устойчивых к агрессивным средам (спирты, гидрокарбонаты,

топливо, растворители), требующих повышенного качества

поверхности. Материалы обладают повышенной жесткостью,

термостойкостью и механической прочностью,

долговечностью и стабильностью, поддаются механической

обработке, сварке, соединению склеиванием. Материал

Dura Form GF длительно сохраняет функциональные

свойства при температуре до 135°С, a PA – до 100°С.

Таблица 14 - Основные свойства смолы SL 7540 после

отвердения

Характеристики

Значения после

90 минутного

облучения УФ

Значения после

90 минутного

облучения УФ

+80 °С

Модуль упругости, МПа

1,538



1,662 1,324



1,393

Удлинение при разрыве, %

21,2



22,4 19,2



22,1

Предел прочности при

изгибе, МПа



52 37



Теплопроводность, Вт/м



°К

0,159

Твердость, HB 79 80

Плотность, г/см

1,18

Характеристика основных свойств материалов

Dura Form PA и Dura Form GF приведены в табл. 15.

Наличие в системе SLS станции отрыва BOS и смесителя

порошков позволяет многократно использовать порошки, не

попавшие при послойном выращивании изделий в зону

воздействия лазерного луча.

118

Таблица 15 - Основные свойства порошковых материалов

Dura Form PA и Dura Form GF, применяемых в SLS

технологии

Характеристики Dura Form

Свойство

Единица

измерения

РА GF

Плотность г/см

0,59 0,84

Средний размер частиц мкм 58 48

Диапазон размера частиц 90% мкм 25 - 92 10 - 96

Поглощение влаги (23°С) % 0,41 0,30

Температура плавления °С 184 185

Предел прочности МПа 44 38,1

Удлинение при разрыве % 9 2

Шероховатость поверхности,

мкм 8,5 6,2

Шероховатость после

доработки,

мкм 0,13 1,0

Объемное удельное

электросопротивление

Ом·см 3,1·10

2,0·10

Поверхностное удельное

сопротивление

Ом·см 3,0·10

2,3·10

Диэлектрическая прочность В/мм 1,6·10

1,5·10

6.5. Доработка изделий после выращивания

(постпроцессы)

После выращивания SLA стереолиографическую модель

и платформу помещают в моечную камеру с растворителем.

Очищение от смолы и промывку очищающим раствором

необходимо проводить с предосторожностью во избежание

внесения дефектов в твердотельную модель (изделие). Для

ускорения сушки используется обдувка воздухом.

После ответственной операции – снятия выращенной

модели с платформы – она помещается в камеру РСА 500 для

окончательного отвердения.