Аннотация
Dheeraj Nimawat, Mahaveer Meghvanshi Использование технологии быстрого прототипирования в машиностроении. Масштабные модели. Целью данной работы является распространение использования технологии быстрого прототипирования (РП) в машиностроение. В разработке нового продукта это всегда необходимо для получения первого прототипа, для разработки продукта или системы перед выделением большого количества денег на новые производственные мощности или сборочные линии. Стоимость конечно, очень высокая, но механическая обработка занимает значительное время. Технология значительно ускоряет интерактивный процесс разработки концепции и практикического использования быстрого прототипирование (RP), иноггда также называют твердотельным изготовлением (SFF). Быстрое прототипирование используется конструкторами в различных областях, как продукта дизайна, в автомобильной промышленности, медицине, живописи, и в целом важный инструмент в любом процессе проектирования. Дизайнер имеет возможность построения макета в очень короткое время непосредственно из CAD системы. Методология работы была определена, в использование 3D САПР в стадии проектирования. Для тематического исследования, некоторые модели были построены для иллюстрации эффективность этой технологии в создании масштабныой модели со сложными поверхностями.
Введение
Быстрое прототипирование (РП) может стать одним из наиболее быстро растущих новый технологии с момента его введения в 1986 году, средствами этой технологии можно построить прототипы и получить их всего за несколько часов, из файла САПР, в котором геометрическая модель определяется в 3D. Эти прототипы используются для визуализации сложных форм которые не видны или трудно понятны на обычных рисунках. Это дает дизайнеру возможность проверки формы продукта, проверки работы в сборе и в общем посмотреть конечную функциональность. Технология уменьшает время на создание требуемого продукта. Эта технология была предоставленна предприятиям, чтобы ускорить разработку и производственного процесса. Технология может быть использована в медицине, искусстве (изделия и т.д.), архитектура и это потенциальный инструмент для механическая промышленности. В этой статье, описана методология процесса проектирования. Машиностроение пытается извлечь максимум из процесса быстрого прототипирования. Наконец, тематические исследования иллюстрируют преимущества этой технологии, примененной к механической области.
Технология быстрого прототипирования
Достижения в области компьютерных и коммуникационных технологий привели к глобализации и усилению конкуренции. Это, в свою очередь, вызвало интерес к новым методологиям и технологиям для улучшения и ускорения разработки продуктов. Наиболее перспективным из них является быстрое изготовление, сочетание быстрого прототипирования и технологии скоростной обработки.
Быстрое прототипирование (RP) включает в себя автоматизированное изготовление сложных форм из данных САПР, используя создание по принципу слой за слоем. Эти «трехмерные принтеры» позволяют дизайнерам быстро создавать материальные прототипы своих проектов, а не только двумерных мерных изображений. Такие модели делают отличные наглядные пособия для обмена идеями с коллегами или клиентами, а также может быть использован для целей тестирования. Например, инженер аэрокосмической промышленности может смонтировать модель крыла в аэродинамической трубе для измерения подъемной силы и сил сопротивления. В то время как дизайнеры всегда использовали прототипы, РП теперь позволяет им быть более быстрым и менее дорогими.
Существует по крайней мере шесть различных быстрые способы прототипов являются коммерчески доступными, каждый с уникальными возможностями. К ним относятся: Стереолитография (SLA), Моделирование методом наплавления (FDM), Изготовление ламинированых объектов (LOM), Селективное лазерное спекание (SLS), Solid Ground печать (ЮГК) и струйная печать (IJP). Программное обеспечение САПР позволяет создавать модель в из ряда тонких слоев (~ 0,1 мм), которые ставятся один на другой. Быстрое прототипирование процесс сочетания слоев бумаги, воска или пластмассы, чтобы создать твердый объект, в отличие от большинства процессов обработки (фрезерование, сверление, шлифование и т.д.) которые удаляют материал из твердого блока. Аддитивный характер RP позволяет ему создавать объекты со сложными внутренними функциями, которые не могут быть изготовлены с помощью других средств. Основные ограничения RP включают объемную часть (менее 0,125 м3), а материалы (главным образом полимеры). Большинство прототипов требует от трех до семидесяти двух часов, чтобы построить деталь, в зависимости от размера и сложности объекта. Первоначальные инвестиции очень высоки, для простых форм деталей, необходимых в большом количестве, обычные методы производства, как правило, более экономичны.
Методология процесса проектирования
Цель этого раздела показать процесс проектирования, от идеи модели к ее материализации в осязаемой твердотельной модели.
На рисунке 1 показан процесс, в котором исследования могут дифференцироваться в совершенстве и показаны все необходимые меры для получения модели.
Процесс делится на четыре этапа:
Первый этап: основан на идее дизайнера. Как мы знаем, что любой проект начинается с идеи, эскиза, сделанный дизайнером вручную или с помощью программного обеспечения, либо в масштабной модели, изготовленной вручную из любого материала. Два важных аспекта этой идеи (которая находится в сознании дизайнера) начальные данные для осуществление проекта, а главное размеры, окружающие ограничения или другие.
Второй этап: основан на моделировании на компьютере. Этот шаг, чтобы с помощью двумерных САПР исследований сделать нужные, эскизы и все детали для правильного понимания первоначальной идеи. На самом можно, с 3D-моделирования CAD во время создания твердотельной модели.
Рисунок 1 – Процесс проектирования
Третий этап: - Этот основан на концептуальном проектировании. После того, как 3D модель завершена, она должна быть сохранена в формате STL (стереолитографии). Этот файл будет сгенерирован в фактическую модель и, наконец, модель отправляется на построение. Большая часть программного обеспечения может экспортировать модель в этот формат. Осязаемая модель в руках поможет дизайнеру, чтобы увидеть, материальную модель, и то что он задумал. Если ему нужны некоторые необходимые изменения, он может вернуться к 3D-модели, и сделать необходимые изменения, как он хочет, пока желаемая модель не будет достигнута.
Четвертый этап: - основан на детальном проектирование. В этот момент можно достичь непосредственно правильной 3D модели путем последовательных подходов вынуждены построить промежуточные модели при помощи быстрого прототипирования, пока конструкторы не получат желаемую конечную модель.
Примеры
Пример 1: Проект подготовлен в M/S Stratasys Inc.; Banglore; GTRE, Banglore; BARC, Mumbai. Деталь, является литым колесом. Шаблон (рис 2) был обработан с помощью Renishaw Cyclone лазерного сканера для получения облака точек (КС) (рис 3). Первая, CAD модель (рис 4) была создан с помощью Imageware поверхности software. STL формат данных САПР был использован для генерации FDM шаблон с пластического материала (рис 5).
Рисунок 2 – Оригинальная деревянная модель
Рисунок 3 – Лазерное сканирование детали с помощью Renishaw Cyclone сканера
Рисунок 4 – CAD модель, в програмном обеспечении Imageware SURFACER
Шаблон файла STL был отправлен через Интернет к принтеру для создания FDM модели. Эта FDM модель была использована для алюминиевого литья в песчаные формы (рис 5).
Рисунок 5 – Пластиковый шаблон FDM
Рисунок 6 – Алюминиевая модель разработанная с использованием FDM шаблона
Модель была использована для изготовления пяти различных моделей с моделирование методом наплавления (FDM), стереолитографии (STL), ThermoJet и ламинированные производственных процессов, объект и резиновой пресс-формы Силиконовой использованием RP участие в качестве ведущего. Это исследование для основных процессов РП будет мотивировать промышленность, чтобы исследовать и принять эту новую технологию RP. Этот образец изготовлен обычным способом при больших затратах времени, чем RP технологии, данные берутся из вышеуказанных организаций.
Пример 2: Этот проект был подготовлен в Гданьском технологическом университете и на среднем промышленном предприятие на севере Польши. Метод быстрого прототипирования был применен и проверен на производстве новой помпы ротора.
Рисунок 7 – Цикл интегрированного продукта
Развитие Pomp Rotor с использованием стереолитографии технологий (SLA), когда ошибки обнаружены, решение смотрят на изучение поколений прототипа помп роторов. Обычно, главная проблема включает в себя ряд передовых процессоров обработки с использованием различных инструментов, это отнимает много времени и затрат много. Производство может затянутся на несколько месяцев из-за одной сложной части, так как добиться нормального качества сложной поверхности очень трудно. Эти факторы стали основными причинами для использования стереолитографии для изготовления помпы ротора в Гданьском технологическом университете.
Рисунок 8 – Прототип помпы ротора изготовленного при помощи технологии быстрого прототипирования технологии
Пример 3: Продукт верхней крышке насоса для природного газа получают в компании Renishaw, UK.
Верхняя крышка насоса (рис 4.3.1), главным образом, в настоящее время изготавливаются с использованием алюминиевого литья под высоким давлением и отделки путем механической обработки.
Рисунок 9 – Оригинальная крышка газового насоса
Этот метод необходим, чтобы начать обработку сложной формы, потому что он имеет много мелких деталей, стоимость формы будет очень дорогой в дополнение к прессформе изготовление займет несколько недель, чтобы быть спроектировать, изготовить и оптимизировать.
Рисунок 10 – CAD детали модель разработаная с помощью 3D оцифровки
Рисунок 11 – Модель конечных элементов разработанная с помощью Ansys 10, был использована для оптимизации толщины стенки и размеров в соответствии с приложенным давлением внутри насоса
Рисунок 12 – Модель была разработана с использованием технологии быстрого прототипирования и распечатанна на 3D-принтере. Эта модель будет использоваться чтобы произвести модель для выплавки с новыми размерами
В этой части повторно назначена дороботка, потому что эта часть подвергается высоким давлением газа внутри насоса и ещё нескольким дефектам, например, деформации поверхности. По САПР модели (рис 11) была создана модель для этой части с помощью системы циклон 3D оцифровки. Затем модель была передана в Ansys, чтобы имитировать поведение нелинейных материалов при нелинейных давления и усталостных нагрузках. После этого был предложен оптимизированный дизайн (Рисунок 12).
Заключение
Использование создания быстрых прототипов имеет важное значение в любых областях дизайна. Хотя он был задуман для медицинского применения, искусства, архитектуры, машиностроении. Это дает инженеру-механику, возможность визуализировать все сложные формы трудно видны или поняты на чертеже, и коснуться их, чтобы проверить форму. В течение короткого времени, быстрое прототипирование станет технологией, которая будет использоваться регулярно многими конструкторами совместно с традиционными существующими способами создания масштабных моделей механических частей.
Список использованной литературы
1.Dickens, P. M., et al., (1995) Conversion of RP models to investment casting
, Rapid Prototyping Journal, 4, 4-11.
2. Sushila, B. K. Karthik P. Radhakrishanan, Rapid Tooling for casting - A case study on application of Rapid Prototyping Processes
, Indian Foundary Journal, 11,213-216.
3. Warner, M. C.,(1997), “Metal Rapid Prototyping methods and case studies for metal casting and tooling, Rapid News, 6,1-5.
4. Wlodzimierz Przybylski, Stefan Dzionk, Impeller Pump Development Using Rapid Prototyping Methods
, Advances in Manufacturing Science and Technology, Vol. 35,No. 1,2011.
5. Dr. Khalid Abd. Elghany, Rapid Prototyping and Additive Manufacturing in Egypt
, Central Metallurgical Research and Development Institute (CMRDI).
6. Andreas Gebhardt, prototyping
, Carl Hanser Verlag, Munich 2003, ISDN 1-56990-281- X, 379 pp.
7. Chua. C. K., Leong, K. F. (2000), Rapid Prototyping: Principles and Applications in Manufacturing, World Scientific.
.