SLA-процесс (лазерная стереолитография)
SLA-процесс относится к наиболее распространенной технологии быстрого прототипирования. Качество поверхности изделия, полученного этим путем, аналогично качеству изделия, получаемого механической обработкой, а геометрия изделия не требует никакой ручной доработки — в отличие от механической обработки, где в ряде случаев не выполняются требования чертежа из-за невозможности в подходах инструмента.
Принцип «выращивания» модели заключается в послойной полимеризации фотополимера с помощью лазера Не — Са, Nd: YV04 или Аг — ионах лазеров, работающих в области УФ-излучения (длина волны 320 — 370 нм) с мощностью 10 — 200 мВ. Процесс позволяет добиться линейной точности ±100 мкм при толщине слоя 50 мкм с последовательным «свариванием» слоев между собой. Полимеризация проходит только в тех местах слоя, которые попали в данное сечение. Время на полимеризацию одного слоя колеблется от 15 до 40 с.
К недостаткам можно отнести высокую цену фотополимера. Кроме того, фотополимеры обладают резким запахом, весьма токсичны и требуют защиты от прямой засветки различными источниками света для избежания преждевременной полимеризации. Готовое изделие требует осторожности при дальнейшей с ним работе, так как полимеризованный материал имеет невысокие механические свойства.
Неэкспонированный фотополимер пригоден для последующего использования. После полимеризации материал становится экологически нейтральным.
SGC-процссс.
Особенностью данного процесса, в отличие от SLA-процесса, является одновременное отверждение всего слоя фотополимера, ограниченного маской в заданном сечении, что значительно повышает производительность изготовления прототипа. Образующиеся полости при изготовлении модели заполняются специальным составом, что обеспечивает повышение прочности готового изделия.
Достигаемая линейная точность колеблется в пределах ±400мкм при толщине слоя 100 мкм, а время полимеризации одного слоя составляет 70—120 с, из которых около 3 с уходит на экспозицию, а остальное время — на зачистку поверхности, добавление или удаление замещающего состава и смену маски.
Недостатки процесса: шумность установки, ее громоздкость и вес, постоянное вмешательство человека в технологический процесс. Спецсостав для заполнения полостей не может использоваться вторично. Изделие получается монолитным и не может быть использовано в качестве формы для отливки детали с внутренними полостями.
Rapid prototiping — уникальная технология. С ее помощью дизайнер может быстро материализовать компьютерную модель любой сложности. Сначала по технологии прототипирования изготавливали лишь прототипы будущих серийных изделий. Но уже наступает эра «цифровой мебели»: когда дизайн предмета будут посылать файлами через интернет, чтобы просто распечатать.
Технология быстрого прототипирования (Rapid Prototyping) — новая разработка и один из самых современных «инструментов» дизайнера, на глазах меняющий не только способ изготовления дизайнерских вещей, но и сам подход к их разработке.
Как она работает? Быстрое прототипирование раньше называли «комнатным производством»: технология позволяет изготавливать трехмерные объекты по виртуальным (компьютерным эскизам). То есть дизайнер может из цифрового рисунка получить готовый объект. А а до этого трехмерные предметы — прототипы будущих серийных изделий — создавались исключительно при помощи лепки, вырезания, выпиливания: то есть путем «удаления ненужного материала» из заготовки.
Предмет буквально «выращивается» в специальной машине для быстрого моделирования. Кроме того, технология быстрого прототипирования позволяет создавать формы, которые невозможно было сделать ранее.
Суть процесса: дизайнер создает 3D файл, который загружается в специальную машину – 3D-принтер. И он слой за слоем, толщина которых всего 0,1 — 0,2 мм, «выращивает» предмет в течение нескольких часов или дней (в зависимости от размера и сложности). Каждый последующий слой крепко спекается с предыдущим, так, что в итоге получается монолитная вещь. Результат прототипирования позволяет сразу же оценить необходимость доработки тех или иных элементов модели. Как правило, машины для быстрого моделирования используют фотополимеры, термопластики, металл либо песок. Синтетическая масса по виду и на ощупь шероховатая, напоминает изделия из соленого теста (смеси муки и соли с водой, из которого лепят детские поделки) или засохшую корку. Следы спекания слоев выглядят на ней как годовые кольца на дереве. Пока материал для прототипирования не слишком разнообразен по цвету: чаще всего это белый, молочный или желтоватый пластик. Относительно недавно научились делать его черного, красного, серого, желтого и зеленого оттенков.
Разновидности прототипирования:
- русский аналог (английская аббревиатура) стереолитография SLA-Stereolitography Apparatus;
- лазерное спекание порошков SLS — Selective Laser Sintering;
- нанесение термопластов FDM — Fused Deposition Modeled;
- моделирование при помощи ламинирования LOM — Laminated Object Modeling;
- отверждение на твердом основании SGC — Solid Ground Curing;
- распыление термопластов BPM — Ballistic Particle Manufacturing;
- спекание порошкового металла пучком электронов EBM — Electron Beam Melting;
- многосопельное моделирование MJM — Multi Jet Modeling;
- трехмерная печать 3D-printong.
Первые эксперименты с цифровыми технологиями в области дизайна принадлежат англичанину Рону Араду — он с помощниками скрестил процесс трехмерного сканирования с процессом моделирования. Сегодня способ быстрого моделирования используют многие дизайнеры. Появились даже первые компании, специализирующиеся на производстве по этому методу: Materialise.MGX (Бельгия), IndustReal (Италия).
Чаще всего в производстве, например, мебели и предметов интерьера используется стереолитография. Но даже она пока — слишком дорогое удовольствие, чтобы использовать это оборудование для масштабного производства, но цены на аппараты снижаются, а технология продолжают совершенствоваться. У прототипирования есть еще такое неоспоримое
достоинство, как полная безотходность, а значит — технология очень актуальна в современном мире, помешанном на экологии.
Пока дизайнеры используют технику быстрого моделирования для создания небольших частей машин.
Выводы:
1. Изучили назначение, задачи и сущность прототипирования НММ.
2. Уяснили виды и особенности методов и приемов, основные тенденции развития прототипирования компоновочного построения НММ.
3. Ознакомились с примерами прототипирования колесных машин.