Прототипирование пластмассовых изделий на заказ

Опубликовано: 14.10.2018

видео Прототипирование пластмассовых изделий на заказ

📦 Полиморф - Чудо-пластик из Китая

Прототипирование пластмассовых изделий

Некоторые технологии быстрого прототипирования пластмассовых изделий



  В настоящее время активно развились технологии быстрого прототипирования изделий, использующие компьютерные CAD-системы. Данные системы сокращают время получения прототипов полимерных изделий  сложной конфигурации до нескольких часов. Процесс получения образцов  подразделяется на следующие этапы:


чудо пластик Polymorph Thermoplastic Friendly Plastic DIY 3D-Printer 3D принтер

• создание  CAD-модели (получение объемной модели);

• послойное разделение объемной модели на дискретные двухмерные (2D) слои;

• послойное изготовление трехмерной (3D) модели.

Технологии быстрого прототипирования позволяет устранить неправильную интерпретацию модели изделия изготовителем формы для литья .

Прототипирование пластмассовых изделий методом фотополимеризации

Одни из первых коммерческих технологии прототипирования основаны на фотополимеризации . По технологии, которая была названа стереолитографией (JSLA, Stereo Lithography Apparatus®) , можно создавать образцы сложных изделий в течение короткого времени цикла разработки. Процесс начинается с создания компьютерного оригинал-модели изделия .Далее 3 D-модель разбивается  на поперечные сечения (слои) толщиной 0,005-0,020 дюймов (0,013-0,51 мм) с помощью специальной программы. Построение сечений изделия протекает слой за слоем снизу вверх до тех пор, пока не будет полностью получен физический образец. Специальное оборудование для стереолитографии стоит довольно дорого. Оборудование для стереолитографии включает в себя УФ-лазер и соответствующую оптическую систему, направляющие  зеркала, емкости со светочувствительным материалом, очистителем поверхности, подъемным устройством, способным совершать перемещение вдоль оси z с заданным шагом, равным толщине слоя (установка соединена с моделью, разделенной на слои).Гелий-кадмиевый или ионный аргоновый УФ-лазер генерирует и фокусирует луч, направляющийся подвижным зеркалом на разнообразные точки на плоскости х-у . Стол подъемного устройства располагается вблизи поверхности на расстоянии, равном толщине слоя. Лазер, активирующий реакцию, сканирует двухмерную поверхность, выполняя перемещения по сложной траектории и «сшивая» материал в заданных точках — жидкий полимер сшивается в том месте, где его касается лазерный луч. Следующий слой жидкого полимера растекается на отвердевшей поверхности, и контур последующего слоя вычерчивается лазером. Процесс повторяется автоматически до полного построения образца, по окончанию процесса прототип извлекается, сушится и очищается. Очистка осуществляться спиртом, ультразвуком или растворителем . Для данного метода применяют разнообразные  фотополимеризующиеся жидкости. После «сшивки» полимерные изделия могут обладать свойствами стекловидных, хрупких, пластичных или резиноподобных материалов . Степень полимеризации определяется суммарным количеством световой энергии, абсорбированной светочувствительным полимером. Чтобы предотвратить избыточное облучение лазером ранее облученных нижних слоев, свет не должен проникать на глубину, большую определенного значения. В прототипе должны быть предусмотрены сливные отверстия, чтобы упростить его перемещение в аппарате во время формования. Извлеченный образец находится, как любой частично «сшитый» материал, в размягченном состоянии и с ним необходимо обращаться очень аккуратно. Далее образец помещают на вращающийся стол внутри аппарата для полимеризации, где под действием УФ-излучения большой интенсивности завершается процесс «сшивки».

В стереолитографии ранее использовали только хрупкие пластмассы, в данный момент стали доступны более совершенные полимеры с меньшей усадкой, пластичные или даже резиноподобные, близкие по свойствам к АБС-пластикам со средними значениями ударной прочности .

Сейчас на рынке появились новые материалы на основе эпоксидных смол с меньшей усадкой, чем материалы на основе акрила. Малая усадка позволяет существенно повысить размерную точность образца . Исходную модель, обычно дорабатывают, чтобы можно было установить вспомогательные опорные элементы (подпорки). Далее их удаляют в процессе отделки. Время, требуемое для получения образца, зависит от сложности изделия. Время формирования слоев можно сократить за счет создания внутренней пористой структуры, которая заполняет пространство между внутренней и наружной стенками образца, и полимеризация завершается в ходе последующей «сшивки» .

Образцы, отверждающиеся по традиционной технологии, напротив, содержат до 40-60% жидкого полимера между твердыми топкими стенками образца, что является причиной возникновения внутренних напряжений и коробления. Коробление может происходить даже после извлечения образца из аппарата полимеризации. Чтобы уменьшить коробление, был создан метод «переплетения», который позволяет быстро достигать 96-98 %-ной степени «сшивки» модели .

Время производства существенно зависит от размера образца и требуемой точности размеров. Размеры образца, изготовленного по технологии SLA, могут достигать 45 х 45 х 55 см. Стандартные изделия среднего размера и средней сложности производят целиком в течение нескольких часов , большие изделия могут быть произведены по частям, а затем части собираются шпонками или склеивают. Ключевым вопросом является выбор исходной ориентации прототипа изделия. Образцы, изготовленные методом фотополимеризации, требуется  освобождать от подпорок и далее проводить чистовую обработку поверхности с помощью ручной пескоструйной или дробеструйной очистки . После чистовой обработки образца могут быть окрашены, тонированы или декорированы .

Лазерное спекание порошковых материалов

Другой технологией в области быстрого прототипирования является лазерное спекание порошковых материалов (SLS, Selective Laser Sintering®) . Метод аналогичен SLA, поскольку, чтобы получить образец, здесь также применяют мощный лазер. Здесь вместо жидкого фотополимера применяют порошок термопласта. Этот метод позволяет получать образцы изделия из того же материала, что и само изделие . Необходимо учитывать, что процессы литья и спекания сильно отличаются, и образцы, произведённые по SLS, не могут быть полноценной заменой отлитых моделей изделий . Он начинается с создания объемной модели изделия в CAD-системе, далее разбивается на поперечные слои толщиной 0,11 до 0,41 мм. После этого образец слой за слоем воссоздается в аппарате, заполненной термопластом или воском. Лазер генерирует луч, который отражается от направляющего зеркала, задающего поперечное сечение х-у слоя, перпендикулярного оси z. В этом случае, в отличие от 51Л-технологии, лазерный луч является не источником света, а источником тепла. Попадая на тонкий слой порошка, лазерный луч спекает его частицы и формирует твердую основу в соответствии с конфигурацией изделия. Поршень, на котором установлена опорная платформа, и формирующийся образец опускаются на шаг вдоль оси z, а емкость с порошком открывается. Слой порошка укладывается с помощью выравнивающего валка, далее процесс повторяется. Плюсы данного метода заключается в том, что неспёкшийся порошок, окружающий затвердевшие участки изделия, становится опорной структурой, поддерживающей слабые области изделия . Для прототипирования таким методом можно использовать любой порошок любого термопласта. При этом мощность лазера должна соответствовать характеристикам его спекания. Чаще всего для -прототипирования используют ПК, ПА и ПВХ . Лазерное спекание порошковых материалов можно использовать для производства оформляющих вставок, матриц и пуансонов при изготовлении мелкосерийных форм. Матрицы и пуансоны изготавливают  напрямую за счет спекания смеси металлического порошка со связующим полимерным материалом. Далее такие детали разогревают в печи, где они приобретают пористую металлическую структуру. После этого детали разогревают в медном фильтрате (медь пропитывает детали) и получают пуансон и матрицу из плотного твердого сплава . Этот метод позволяет изготавливать за короткое время не только образцы пластмассового изделия , но и мелкосерийные пресс-формы для литья непосредственно из металлического порошка .

Послойное наложение расплавленной полимерной нити

Процесс прототииирования методом послойного наложения расплавленной полимерной нити (FDM, Fused Deposition Manufacturing*®) также начинается с изготовления разделенной на слои модели, созданной в CAD-системе; толщина слоев составляет 0,035-0,09 мм. Для изготовления образца через экструзионную головку с контролируемой температурой поступает нить из термопласта диаметром около 0,12 мм. Передвижение головки в плоскости х-у осуществляется за счёт компьютерного управления . Горячий полимер тонкими слоями наносится на неподвижное основание. Далее слои ложатся на предыдущие и отвердевают. При производстве изделия из пластмассы сложной конфигурации автоматически генерируются опорные элементы для нависающих фрагментов модели. Аппараты работают с различными «моделирующими» термопластами, которые применяют и в производстве готовых пластиковых изделий. FZW-аппараты имеют относительно несложное устройство, а простота метода позволяет затрачивать на производство образцов считанные часы . После производства образец можно практически сразу использовать: ему не нужна длительная дополнительная обработка .

Прототипирование пластмассовых изделий склеиванием (ламинированием) слоев

При производстве моделей прототипов ламинированием слоев (ЮМ, Laminated Object Manufacturing®) тоже применяют лазер на основе двуокиси углерода, на­ строенный на глубину одного слоя . Материал, в качестве которого используются бумага с декоративным покрытием, полимерный или композиционный материал, находится в рулонах, из которых подается в устройство, где лазер по заданной траектории вырезает слои, соответствующие поперечным сечениям модели. Толщины листов, которые применяют в данном методе, составляют 0,05-0,25 мм. Образец производят послойно (с нижнего слоя до верхнего). Листы укладываются один на другой и привариваются горячим валком.

Прототипирование

rss