5c1316c960d5f613

Тольяттинский государственный университет - опорный университет Тольятти Самарской области

Проектно-испытательный комплекс ИТЦ формируется в составе четырех модулей, обеспечивающих создание научно-технической продукции: разработку конструкторской и технологической документации, быстрое прототипирование механических конструктивов и подготовку их производства, выполнение контрольных операций, автоматизированные испытания, доводку изделий.


Участок прототипирования

Участок прототипирования сформирован на основе установки для синтеза изделий из фотополимерных композиций с одновременным отверждением поверхности слоя PERFACTORY® Xede, Envisiontec Inc. (США). Программное обеспечение промышленного ПК установки выполняет  обработку исходных файлов 3D-моделей и подготовку задания на построение изделия. Размеры зоны построения моделей: 457x304x508 мм. Толщина слоя построения регулируемая: 25-150 мкм.

Реализуемый на участке технологический процесс – «быстрое прототипирование» состоит в автоматическом преобразовании данных, поступающих из системы автоматизированного проектирования (CAD-система), в трехмерные изделия из фотополимера в установке для объемного синтеза (3D-принтер).

Установка позволяет получить физическую модель спроектированного изделия,  а также форму для вакуумного литья – изготовления детали из полимеров, сталей, цветных металлов.

Быстрое прототипирование эффективно применяется для:

  • моделирования деталей и узлов (сборок) в области машиностроения;
  • изготовления мастер-моделей для литейных процессов;
  • изготовления архитектурных макетов зданий и сооружений;
  • создания моделей по результатам компьютерной томографии;
  • мелкосерийного производства трехмерных деталей.

Системы прототипирования работают по «послойному» принципу:

  • этап 1: считывание трёхмерной геометрической информации из CAD-системы в формате STL;
  • этап 2: программное разбиение цифровой модели изделия на горизонтальные сечения (слои);
  • этап 3: построение детали по сечениям, снизу вверх,  слои связываются между собой.

Слои формируются из расплавляемого порошка фотополимера, который отверждается программно-управляемым световым потоком.

В машинах, работающих по распространенной SLA-технологии (Steriolithography Laser Apparatus, лазерная стереолитография), отверждение слоев фотополимера производится сканирующим лучом лазера, применяется «точечный» принцип засветки.

В машинах Envisiontec Inc. серии Perfactory применяется «поверхностная» технология DLP (Digital Light Procession), состоящая в последовательном формировании  отображений текущих сечений 3D-модели, проецируемых на рабочую платформу через систему зеркал сверхмалого размера, с помощью прожектора высокой яркости (метод проецирования световых масок). Основа проекционной системы – оптическая полупроводниковая микросхема, DLP-чип, содержащий набор переключаемых микрозеркал. С применением сотен тысяч таких элементов проекционная система создает точное изображение формируемого слоя изделия. Состояние микрозеркал (0 – поглощение света, 1 – отражение) изменяется на несущей частоте  DLP-чипа. Отображение на экране битового кода позволяет получить черно-белое изображение, при необходимости, с оттенками серого (последовательность «0» и «1»).

При построении изделий рабочая платформа установок модельного ряда Perfactory не опускается, как в других 3D-принтерах, а поднимается. Это техническое решение обеспечивает компактность рабочей зоны (размеры ванны с расплавом фотополимера уменьшены); экономию расхода фотополимера; снижение коробления и ускорение просушки изделия (построенные слои не находятся в контакте с жидким полимером). Структура установки приведена на рисунке 1.

DLP-технология засветки поверхности фотополимера обеспечивает формирование каждого слоя за 3,..5 секунд. PERFACTORY® Xede, Envisiontec формирует в среднем 25 мм изделия по высоте в час, при толщине слоя построения 0,05 мм. Материал поддержек тот же, что и основной – акриловый фотополимер.

Формируемые PERFACTORY® Xede изделия – DLP-модели уступают SLA-моделям по точности. Это связано с применением не эпоксидных фотополимеров, а акриловых, имеющих повышенный коэффициент усадки при полимеризации.

Преимуществом DLP-моделей, определившим выбор для ИТЦ ТГУ рассматриваемой установки, являются высокая скорость построения, высокая точность и чистота поверхности, прочность изделий,  при пониженной себестоимости, учитывающей затраты времени и цены расходных материалов.

Схема исполнительной части установки  типа PERFACTORY® XedeРисунок 1 — Схема исполнительной части установки  типа PERFACTORY® Xede

По данным ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» (научно-исследовательский автомобильный и моторный институт), DLP-технология «перспективна и эффективна для целей литейного производства»: затраты времени на построение контрольных деталей (впускной трубы высотой 32 мм и ресивера высотой 100 мм, рисунок 2), с учетом подготовительно-заключительных операций, составили:

  • для DLP-моделей (PERFACTORY® Xede) –  1,5 и 5 часов, соответственно;
  • для SLA-моделей (Viper 3D Systems) –  5,5 и 16 часов.

DLP-модели и отливки деталей ДВС, алюминий (впускная труба и ресивер)Рисунок 2 — DLP-модели и отливки деталей ДВС, алюминий (впускная труба и ресивер)

Установка для синтеза изделий из фотополимерных композиций с одновременным отверждением поверхности слоя PERFACTORY® Xede, Envisiontec Inc., с соответствующим  программным обеспечением, закуплена, получена, произведена пуско-наладка комплекса. Ведутся работы по освоению и отработке применения новой техники.

Внешний вид установки, рабочего места оператора показан на рисунке 3.

13b

Рисунок 3 — Рабочее место оператора установки  PERFACTORY® Xede, Envisiontec Inc

На рисунке 4 показана синтезированная на установке PERFACTORY®Xede мастер-модель проушины для лапаротомического манипулятора, разработанного для применения в составе хирургического тренажера (кооперация с ФГБОУ ВПО «СамГМУ»).

Синтез мастер-модели: а) модель с элементами поддержки; б) «чистая» модель проушины; в) проушина в составе манипулятораРисунок 4 — Синтез мастер-модели: а) модель с элементами поддержки; б) «чистая» модель проушины; в) проушина в составе манипулятора

На рисунке 5 показана синтезированная на установке PERFACTORY®Xede мастер-модель распределительного вала ДВС ВАЗ.

Мастер-модель распредвала ДВС:  подготовка для литья образцов, применительно к НИОКР по оптимизации внешней скоростной характеристики двигателяРисунок 5 — Мастер-модель распредвала ДВС: подготовка для литья образцов, применительно к НИОКР по оптимизации внешней скоростной характеристики двигателя


Возврат к списку