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

Подождите немного. Документ загружается.

149

изделий для оптимизации процесса их создания необходимо

рассмотреть вопрос разделения изделия на части.

8.3. Разделение изделия на части

Применительно к предметной области лазерной

стереографии введем понятие разделения изделия на части.

Исходное изделие общей высотой

и площадью рабочей

области

разделим на некоторое число частей N (в общем

случае неравных между собой). С учетом постоянства объема

результат разделения на части будет соответствовать

следующему тождеству:

Д И Д(i) И(i)

S H S H





, (28)

где

Д(i)

И(i)

- составные элементы изделия, полученные в

результате декомпозиции.

Для того чтобы аналитически описать результат

декомпозиции, будем рассматривать только изменение

площади и высоты изделия. Введем понятие коэффициента

разделения изделия на части

РИ

и преобразуем (28) к

следующему виду:

Д И Д РИ ДР И Р

РИ

S H S K S H

 

, (29)

где

РИ

ДР

ИР

отображают комплексный результат

многообразия возможных реальных ситуаций

декомпозиции изделия и позволяют перейти от

дискретных величин к непрерывным.

В математическом смысле область определения

коэффициента разбиения на части соответствует интервалу

РИ

1 K  

В общем случае составные части технологического

времени, зависящие от

, можно представить

150

заменой по тождеству (29):

 

( )

Р И Д Д РИ

РИ

, , , ,

i j j

T f X H S f X S K

 

 

 

 

, (30)

где

- прочие технологические параметры, влияющие на

( )

РЗ

составляющую технологического времени.

С учетом технологических ограничений максимальное

значение коэффициента разделения изделия на части

РИ

зависит от рабочей площади платформы

установки

лазерной стереолитографии и определяется неравенствами:

РИ

 

, (31)

где

- максимальная площадь изделий, размещаемых на

платформе (для установки SLA 5000

= 495



495 = 245025 мм

Причем, это ограничение должно распространяться на

все составляющие уравнения, определяющего время создания

изделия. Такой подход соответствует случаю однократной

загрузки установки для лазерной стереолитографии.

Ограничение по площади деталей на рабочей платформе

можно снять, если использовать возможность многократной

загрузки установки для лазерной стереолитографии при

создании изделия. Такой подход снимает технологическое

ограничение на максимально допустимое значение количеств

его разбиений (31).

Для создания реалистической модели с учетом

многократной загрузки установки необходимо учитывать, что

зависимости для ряда параметров (времени выдержки при

формировании слоя детали и др.) адекватно описывают

только область значений

Д(min) Д Д(max)

S S S 

, где

предельные значения соответствуют приведенным в табл. 17.

Введем понятие количества загрузок установки для

151

лазерной стереолитографии

, равное отношению

произведения

Д РИ

S K

Д РИ

S K



. (32)

В общем случае значение

представляет собой сумму

целой и дробной частей

 

З З З

N N N 

, где

 

соответственно целая и дробная части количества загрузок

(

представляет собой предшествующие полные загрузки,

 

- текущую неполную загрузку).

В обобщенном виде составные части технологического

времени, зависящие от

, можно представить как

сумму времен предшествующих загрузок и текущей:

 

 

( )

РЗ И Д

И И

З З З З

РИ РИ

, ,

, , , ,

i j

j j

T f X H S

H H

f X S N f X S N

K K

 

   

 

   

   

, (33)

где

- прочие технологические параметры, влияющие на

( )

РЗ

составляющую технологического времени.

Обозначение элементов технологического времени при

разделении изделия на части будем производить добавлением

символов в нижний индекс:

( )

- без учета загрузок (30),

( )

РЗ

- с учетом загрузок установки (33).

Влияние коэффициента разделения изделия на части K

РИ

на время создания изделия для базовых значений

технологических параметров (табл. 17) представлено на

рис. 53.

Разработанная модель технологического времени с

учетом разделения изделия на части позволяет произвести

оценку эффективности предложенного подхода.

152

Коэффициент разделения изделия на части

РИ

Рисунок 53 - Влияние

коэффициента разделения

изделия на части

РИ

на

время создания изделия, час.:

ИР

ИР З

- без учета и с

учетом количества загрузок

установки для базовых

значений технологических

параметров (табл. 8.1).

max

ИРЗ

ИР

Время создания изделия, час

Поиск значений коэффициента разделения изделия на

части K

РИ

, соответствующего минимуму целевой функции

(технологическому времени), производился в среде

математического пакета Maple. Дополнительно к K

РИ

определялся коэффициент относительного технологического

времени при разбиении изделия на части K

Tотн

соответствующий отношению времени изготовления с

разделением K

РИ

> 1 к времени без разбиения K

РИ

= 1:

   

отн И РИ Р И(оптимальный) И РИ

1K T K K T K  

. (34)

В общем случае для всех 18 технологических

параметров задачу решить не удалось. Пришлось

ограничиться группами параметров с задаваемыми

дискретными значениями.

Оптимальные значения коэффициента разделения

изделия на части K

РИ

(а) и коэффициента относительного

технологического времени создания изделия K

Tотн

(б) в

зависимости от исходных значений площади деталей

высоты изделия

для базовых значений технологических

параметров (табл. 17) приведены на рис. 54. Расчеты

показали, что для базовых значений технологических

параметров технологическое время можно уменьшить до

40%.

153

РИ

Тотн

Рисунок 54 - Оптимальные значения коэффициента разделения изделия на

части

РИ

(а) и коэффициента относительного времени создания изделия

Тотн

(б) в зависимости от исходных значений площади деталей

высоты изделия

(без учета загрузок установки) для базовых значений

технологических параметров (табл. 12).

Оптимальные значения коэффициента разделения

изделия на части K

РИ

для случая учета загрузок -

аналитическая модель технологического времени

изготовления изделия рассчитать не удалось. Это связано с

использованием в модели операндов выделения целой и

дробной частей коэффициента разделения изделия K

РИ

. Тогда

для дальнейшего анализа был выбран вариант расчета и

визуализации значений коэффициента относительного

времени создания изделия K

Tотн

при дискретных значениях

коэффициента разделения K

РИ

в интервале K

РИ

= 1



20.

Значение K

РИ

= 1 соответствует отсутствию разбиения,

поэтому для этого случая рассчитывалось время создания

изделия (рис. 55), являющееся абсолютной базой сравнения.

На рис. 55 представлена визуализация зависимости

времени создания изделия

ИР З

и коэффициента

относительного времени создания изделия K

Tотн

от

коэффициента разделения изделия на части K

РИ

зависимости от исходных значений площади деталей и

высоты изделия с учетом загрузок установки для следующих

154

Рисунок 55 - Зависимости времени создания изделия

ИР З

коэффициента относительного времени создания изделия

Tотн

от

коэффициента разделения изделия на части

РИ

в зависимости от

исходных значений площади деталей и высоты изделия с учетом

загрузок установки для следующих значений технологических

параметров:

С(min)

ЗД (min)

Н(min)

ПН(max)

Ф(max)

ЗО(min)

ПП (max)

ВО(min)

, прочие - базовые (табл. 12).

РИ

2K 

ИРЗ

, часT

РИ

3K 

РИ

5K 

РИ

10K 

РИ

20K 

155

значений технологических параметров:

С(min)

ЗД(min)

Н(min)

ПН (max)

Ф(max)

ЗО(min)

ПП (max)

ВО(min)

прочие - базовые (табл. 17).

При создании трехмерных графиков область

визуализации коэффициента относительного времени

создания изделия K

Tотн

ограничивалась, его значениями

меньшими единицы. Это позволило визуализировать область

рациональных значений сочетания параметров. Приведенная

визуализация (рис. 55) выявляет механизм воздействия

разделения изделия на части K

РИ

на эффективность его

обратимой декомпозиции, характеризуемой коэффициентом

относительного времени создания изделия K

Tотн

Проведенные исследования показали, что коэффициент

относительного времени создания изделия K

Tотн

может

достигать значений K

Tотн

= 0,25. Эти результаты

подтверждают эффективность использования обратимой

декомпозиции изделия применительно к способу лазерной

стереографии, т. к. уменьшение технологического времени

изготовления изделия, а, следовательно, и себестоимости

изготовления до четырех раз открывает новые возможности

его практического использования.

156

9. Качество и точность твердотельных изделий,

изготовленных по генеративным технологиям

Качество поверхности исследовалось на деталях из

фотомономера RPC Cure 300, представленных на рис. 56, c

использованием прибора Surtronic3+. Одновременно

фиксировались следующие параметры шероховатости:

max

Типичные профилограммы представлены на рис. 57, а

численные значения параметров шероховатости (средние

значения по пяти замерам) приведены в табл. 18. Измерения

производились для следующих направлений движения иглы:

перпендикулярно слоям – образцы № 1



5, параллельно слоям

– образцы № 6, 7. Для сопоставимости профилограмм

независимо от направления движения иглы все измерения

выполнялись при единых увеличениях по осям.

Анализ профилограмм образца № 1 (рис. 57а)

свидетельствует о равномерном характере профиля со

сравнительно небольшим разбросом высот

микронеровностей. Вершины неровностей имеют округлую

форму с достаточно большим радиусом округления.

Профилограммы поверхности образца №2 (рис. 57б)

свидетельствуют о высокой регулярности профиля:

микронеровности мало отличаются друг от друга и по высоте

и по расстоянию между их вершинами. Форма гребешков –

округлая (не треугольная), выпуклая, что косвенно

свидетельствует о достаточно высоком значении

относительной опорной длины профиля во всех сечениях по

его высоте.

На увеличенном изображении выступа высотой 60 мм

при шаге 40 мкм на его сторонах видны микронеровности

высотой 1



2 мкм образец № 3 (рис. 57в). На профилограмме

поверхности образца № 4 (рис. 57г) равномерность профиля,

наблюдавшаяся на образцах № 1 и № 2, отсутствует –

сравнительно невысокие выступы чередуются с высокими.

157

Образец № 1

О бразец № 2

Трасса замера

ш ероховатости

Образец № 7

О бразец № 6Образец № 5

О бразец № 4Образец № 3

Рисунок 56 – Тестовые детали для измерения шероховатости

Рисунок 57 – Профилограммы поверхностей

с образцов №№ 1-7 (рис. 56)

а)

б)

в)

г)

д)

е)

ж)