Prototipu izstrāde vienmēr ir bijusi kritisks posms produktu inovācijā. Neatkarīgi no tā, vai tiek izstrādātas kosmiskās aviācijas sastāvdaļas, medicīniskās ierīces, robotu sistēmas, automobiļu daļas vai rūpnieciskās iekārtas, inženieri paļaujas uz prototipiem, lai pārbaudītu konstrukcijas integritāti, montāžas precizitāti, funkcionālo veiktspēju un izgatavojamību pirms pāriešanas uz masveida ražošanu. Jo ātrāk un precīzāk var izgatavot prototipu, jo īsāks kļūst produkta izstrādes cikls.

Parastie galddatoru 3D printeri pēdējo desmit gadu laikā ir ievērojami paātrinājuši prototipu izveidi. Tomēr, tā kā produktu ģeometrija kļūst arvien sarežģītāka, tradicionālā trīs-asu piedevu ražošana saskaras ar vairākiem tehniskiem ierobežojumiem. Lielas atbalsta konstrukcijas, slikta virsmas apdare uz pārkarēm, ierobežota drukāšanas orientācija un vāja starpslāņu izturība bieži prasa papildu apstrādi vai manuālu apdari.

RašanāsDarbvirsmas 5 ass 3D printerismaina šo situāciju. Ieviešot divas papildu rotācijas asis līdzās tradicionālajām X, Y un Z lineārajām kustībām, šīs sistēmas nodrošina materiālu nogulsnēšanos no vairākiem virzieniem, ļaujot inženieriem ražot ļoti sarežģītas detaļas ar lielāku efektivitāti un precizitāti.

Lai gan rūpnieciskās piecu{0}asu piedevu ražošanas sistēmas ir pastāvējušas gadiem ilgi, jaunākie sasniegumi kustību kontrolē, kompaktā mehāniskā dizaina un viedās griešanas programmatūras jomā ir padarījuši piecu-ass galddatoru printerus arvien pieejamākus pētniecības laboratorijām, universitātēm, inženieru centriem un maziem{2}}līdz{3}}vidējiem ražotājiem.

Šajā rakstā ir apskatīts, kā darbvirsmas piecu{0}ass 3D drukāšana pārveido precīzu prototipu veidošanu, kāpēc arvien vairāk inženiertehnisko organizāciju izmanto šo tehnoloģiju un kādas priekšrocības tā piedāvā salīdzinājumā ar parasto piedevu ražošanu.

 

Precīzas prototipēšanas evolūcija

Produktu izstrāde pēdējo desmitgažu laikā ir dramatiski attīstījusies.

Tradicionālā prototipu ražošana balstījās uz CNC apstrādi, liešanu, iesmidzināšanu vai manuālu izgatavošanu. Lai gan šīs metodes radīja ļoti precīzus komponentus, bieži vien bija nepieciešami dārgi instrumenti, ilgs izpildes laiks un kvalificēti operatori.

Darbvirsmas 3D drukāšanas ieviešana pārveidoja ātru prototipu veidošanu, ļaujot inženieriem ražot fiziskus modeļus tieši no CAD failiem bez instrumentiem.

Tomēr trīs{0}}asu drukāšana radīja savas problēmas:

Lielas atbalsta konstrukcijas pārkares ģeometrijām

Ilgi pēc{0}}apstrādes laiki

Slāņu orientācijas ierobežojumi

Samazināta mehāniskā izturība gar Z-asi

Grūtības veidot izliektas vai organiskas virsmas

Produktiem kļūstot vieglākiem, kompaktākiem un ģeometriski sarežģītākiem, šie ierobežojumi ir kļuvuši arvien nozīmīgāki.

Piecu{0}}asu piedevu ražošana novērš daudzas no šīm problēmām, ļaujot drukas galviņai vai sagatavei dinamiski griezties ražošanas laikā.

Tā vietā, lai piespiestu katru slāni palikt horizontāli, printeris nepārtraukti maina orientāciju, nodrošinot materiāla nogulsnēšanos, kas atbilst komponenta dabiskajai ģeometrijai.

 

Ar ko atšķiras darbvirsmas 5 ass 3D printeris?

Piecu{0}}ass galddatora printeris apvieno:

Trīs lineāras asis (X, Y, Z)

Divas rotācijas asis (A un B vai līdzvērtīgas konfigurācijas)

Atšķirībā no parastajiem galddatora printeriem, iekārta var mainīt drukas galviņas vai konstrukcijas platformas pozīciju visā drukāšanas procesā.

Šī papildu brīvība rada vairākas ražošanas priekšrocības.

Piemēram, tā vietā, lai izveidotu izliektu cauruli vertikāli un paļauties uz plašām atbalsta konstrukcijām, piecu -asu printeris var pagriezt apstrādājamo priekšmetu tā, lai katra sadaļa tiktu izdrukāta optimālā orientācijā.

Šī pieeja samazina neatbalstītos reģionus, vienlaikus uzlabojot vispārējo izmēru konsekvenci.

Tehnoloģija ne tikai palielina kustību; tas būtiski maina materiāla nogulsnēšanās veidu.

Tā vietā, lai drukātu tikai plakanos slāņos, piecas{0}}asu sistēmas nodrošina ne-plakanas drukāšanas stratēģijas, kas labāk atbilst gala komponenta formai.

 

Atbalsta struktūru samazināšana uzlabo prototipu kvalitāti

Viena no lielākajām neefektivitātēm tradicionālajā piedevu ražošanā ir atbalsta ģenerēšana.

Sarežģītiem prototipiem bieži ir nepieciešams atbalsts:

Pārkares

Iekšējie kanāli

Leņķiskās virsmas

Dobas konstrukcijas

Organiskās ģeometrijas

Atbalsta materiāls rada vairākus trūkumus.

Pirmkārt, tas palielina materiālu patēriņu.

Otrkārt, drukāšanas laiks kļūst ilgāks.

Treškārt, balstu noņemšana bieži vien sabojā trauslās virsmas.

Visbeidzot, papildu apdares darbības palielina darbaspēka izmaksas.

Piecu{0}}ass galddatoru printeri ievērojami samazina šīs problēmas.

Rotējot sagatavi visā veidošanas procesā, printeris var izgatavot daudzas pārkares funkcijas, neprasot papildu atbalstu.

Pētniecības laboratorijām, kas ražo sarežģītas eksperimentālās daļas, šis atbalsta materiāla samazinājums nozīmē ātrākus testēšanas ciklus.

Ražotājiem tas nozīmē zemākas darbības izmaksas un uzlabotu ražošanas efektivitāti.

 

Labāka virsmas apdare funkcionāliem prototipiem

Virsmas kvalitāte ir būtiska daudziem inženiertehniskajiem lietojumiem.

Koncepcijas modelim var būt pieņemama raupja virsma, taču tā kļūst problemātiska, novērtējot:

Šķidruma plūsma

Aerodinamiskā veiktspēja

Mehāniskā montāža

Ergonomika

Medicīnas ierīču saskarnes

Tradicionālie trīs{0}}asu printeri bieži atstāj redzamus kāpņu-pakāpju efektus uz izliektām virsmām, jo ​​katrs slānis tiek uzklāts horizontāli.

Piecu{0}}asu sistēmas uzlabo virsmas apdari, nepārtraukti pielāgojot drukas orientāciju.

Tā vietā, lai tuvinātu līknes, izmantojot sakrautus horizontālos slāņus, materiāls var precīzāk sekot faktiskajai ģeometrijai.

Tas rada:

Gludāki izliekumi

Labāka izmēru konsistence

Samazinātas pulēšanas prasības

Uzlabots izskats

Augstāka funkcionālā precizitāte

Automobiļu prototipu ražotājiem tas nozīmē, ka virsbūves detaļām pirms novērtēšanas ir nepieciešams mazāk slīpēšanas.

Aviācijas un kosmosa inženieriem vienmērīgāki gaisa kanāli nodrošina reprezentatīvāku gaisa plūsmas pārbaudi.

 

Mehāniskās veiktspējas uzlabošana, izmantojot optimizētu slāņu orientāciju

Daudzi inženieri atzīst, ka FDM{0}}drukāto detaļu mehāniskā izturība lielā mērā ir atkarīga no slāņa orientācijas.

Tradicionālie printeri rada salīdzinoši vāju saikni starp slāņiem vertikālā virzienā.

Tā rezultātā komponenti, kas pakļauti stiepes vai lieces slodzei, var sabojāties gar slāņa robežām.

Piecu{0}}ass drukāšana darbvirsmā piedāvā risinājumu.

Tā kā iekārta var griezties ražošanas laikā, slāņus var izlīdzināt ar paredzamajiem slodzes virzieniem, nevis palikt fiksētiem horizontāli.

Tas uzlabo:

Stiepes izturība

Noguruma izturība

Plaisu izplatīšanās pretestība

Strukturālā nepārtrauktība

Robotu rokām, vieglajiem kronšteiniem vai rūpnieciskajiem ķermeņiem optimizēta slāņa orientācija var ievērojami uzlabot funkcionālo veiktspēju.

Tas ļauj inženieriem veikt nozīmīgāku mehānisko testēšanu pirms pārejas uz ražošanu.

 

Sarežģītu ģeometriju ražošana, kas iepriekš tika uzskatīta par sarežģītu

Mūsdienu inženierija arvien vairāk balstās uz ģeometrijām, kuras bija gandrīz neiespējami izgatavot, izmantojot parastās metodes.

Piemēri:

Režģu konstrukcijas

Izliekti dzesēšanas kanāli

Topoloģijas{0}}optimizētie komponenti

Viegli aviācijas un kosmosa kronšteini

Organiskie biomedicīnas implanti

Brīvas formas arhitektūras modeļi

Tradicionālie galddatoru printeri atbalsta ierobežojumu dēļ bieži cīnās ar šīm ģeometrijām.

Piecu{0}}asu kustība nodrošina nepārtrauktu materiāla nogulsnēšanos ap izliektām virsmām, vienlaikus samazinot neatbalstītos apgabalus.

Pētniecības iestādes, kas pēta topoloģijas optimizāciju vai vieglas konstrukcijas projektēšanu, gūst lielu labumu no šīs iespējas.

Tā vietā, lai vienkāršotu CAD modeļus, lai nodrošinātu izgatavojamību, inženieri var ražot prototipus, kas ir daudz tuvāki to sākotnējam dizainam.

 

Izpētes un produktu attīstības paātrināšana

Laiks-lai- laist tirgū ir kļuvis par vienu no svarīgākajiem konkurences faktoriem visās nozarēs.

Katra papildu dizaina iterācija uzlabo produkta kvalitāti, bet tikai tad, ja prototipus var ātri izgatavot.

Piecu{0}}ass galddatoru printeri samazina izstrādes laiku, novēršot vairākus ražošanas posmus.

Tā vietā, lai sekotu darbplūsmai, piemēram:

Dizains → Drukāt → Noņemt balstus → Smiltis → Mašīna → Salikt

Inženieri bieži var vienkāršot procesu, lai:

Dizains → Drukāt → Pārbaudīt → Pārbaudīt

Šis manuālā darba samazinājums ļauj pētnieku grupām novērtēt vairāk dizaina variantu viena projekta grafika ietvaros.

Universitātes, kas veic inženiertehniskos pētījumus, var efektīvāk pabeigt eksperimentālo validāciju.

Rūpnieciskās pētniecības un attīstības nodaļas var saīsināt produktu izstrādes ciklus un ātrāk reaģēt uz mainīgajām klientu prasībām.

 

Atbalstīt vairāku{0}}disciplīnu inženierzinātņu izpēti

Piecu{0}}ass galddatoru printeri vairs netiek izmantoti tikai mašīnbūves laboratorijās.

Mūsdienās viņi atbalsta pētniecību vairākās disciplīnās.

Aviācijas un kosmosa inženierija

Pētnieki izstrādā:

Vieglas lidmašīnas korpusa konstrukcijas

Turbīnas lāpstiņu prototipi

Gaisa plūsmas kanāli

Satelītu komponenti

Sarežģītas aerodinamiskās virsmas izmanto ne{0}}plakanās drukas stratēģijas.

Robotika

Robotikas pētnieki ražo:

Pielāgoti gala efektori

Vieglie manipulatori

Sensoru korpusi

Strukturālie rāmji

Piecu{0}}asu drukāšana nodrošina spēcīgākus komponentus ar samazinātu svaru.

Medicīnas inženierija

Biomedicīnas laboratorijas ražo:

Anatomiskie modeļi

Ķirurģiskās plānošanas instrumenti

Protēžu prototipi

Pielāgotas ortopēdiskās ierīces

Uzlabota virsmas kvalitāte uzlabo anatomisko precizitāti.

Rūpniecisko izstrādājumu dizains

Dizaina komandas ātri novērtē:

Patēriņa preces

Ergonomiski rokturi

Mehāniskie mezgli

Funkcionālie korpusi

Labāka virsmas apdare samazina manuālo pēc{0}apstrādi pirms klientu demonstrēšanas.

 

Materiālu iespēju paplašināšana

Mūsdienīgie galddatoru piecu{0}asu printeri arvien vairāk atbalsta inženiertehniskās-pakāpes materiālus, kas pārsniedz standarta PLA.

Piemēri:

ABS

PETG

Neilons

Polikarbonāts

Ar oglekļa šķiedru pastiprināti polimēri

Ar stikla šķiedru pastiprināti kompozītmateriāli

Elastīgi TPU materiāli

Uzlabotas ekstrūzijas sistēmas nodrošina:

Stabila kvēldiega padeve

Augstas{0}}temperatūras sprauslas

Apsildāmās celtniecības platformas

Uzlabota termiskā kontrole

Šīs iespējas ļauj prototipiem rūpīgāk replicēt ražošanas materiālus.

Ražotājiem tas uzlabo pārliecību funkcionālās pārbaudes laikā.

Pētniekiem tas paplašina materiālu zinātnes pētījumu iespējas.

 

Digitālās ražošanas un viedās ražošanas integrācija

Ražošanas nākotne sniedzas tālāk par atsevišķām mašīnām.

Piecu{0}}ass galddatoru printeri arvien vairāk integrējas digitālās ražošanas darbplūsmās.

Tipiska darbplūsma:

CAD dizains → Simulācija → Piecu-ass rīkceļa ģenerēšana → Piedevu ražošana → Pārbaude → Produkta validācija

Mūsdienu programmatūra atbalsta:

Sadursmes simulācija

Rīku ceļa optimizācija

Vairāku{0}}asu sagriešana

Attālā uzraudzība

Uz mākoņa- balstīta failu pārvaldība

Šī integrācija ir saskaņota ar nozares 4.0 iniciatīvām, savienojot dizainu, ražošanu un kvalitātes kontroli vienotā digitālā vidē.

 

Šķēršļu samazināšana progresīvai ražošanas izglītībai

Rūpnieciskie piecu{0}asu apstrādes centri tradicionāli ir bijuši dārgi, lieli un grūti darbināmi.

Piecu{0}}ass galddatoru printeri izglītības iestādēm nodrošina praktisku alternatīvu.

Studenti iegūst pieredzi:

Vairāku-asu kustības vadība

Uzlabota CAD modelēšana

Ražošanas procesa plānošana

Piedevu ražošanas optimizācija

Izgatavojamības dizains

Tā vietā, lai apgūtu tikai teorētiskas koncepcijas, inženierzinātņu studenti var tieši novērot, kā vairāku{0}}asu rīkceļi ietekmē komponentu kvalitāti.

Šī praktiskā pieredze labāk sagatavo absolventus karjerai progresīvā ražošanā.

 

Ekonomiskie ieguvumi maziem un vidējiem ražotājiem

Daudzi mazie ražotāji iepriekš izmantoja ārpakalpojumus sarežģītu prototipu ražošanai, jo rūpnieciskās piecu{0}asu iekārtas prasīja ievērojamus ieguldījumus.

Piecu{0}}ass galddatoru printeri nodrošina pieejamāku ievades punktu.

Iespējamie ekonomiskie ieguvumi ietver:

Samazinātas ārpakalpojumu izmaksas

Ātrāka prototipa piegāde

Mazāk materiālu atkritumu

Īsāki projektēšanas cikli

Lielāka dizaina elastība

Uzlabota klientu atsaucība

Lai gan galddatoru sistēmas nevar aizstāt lielas rūpnieciskās piedevu ražošanas platformas katram lietojumam, tās piedāvā lielisku līdzsvaru starp iespējām un pieejamību prototipu izstrādei.

 

Nākotnes tendences darbvirsmas piecu{0}}ass drukāšanā

Paredzams, ka turpmākajos gados vairāku tehnoloģiju attīstība paātrinās ieviešanu.

Gudrāka kustības plānošana

Mākslīgais intelekts arvien vairāk automātiski optimizēs drukāšanas orientāciju, samazinot operatora iejaukšanos.

Labāka vairāku{0}}materiālu druka

Nākotnes sistēmas var apvienot stingrus, elastīgus un pastiprinātus materiālus vienā ražošanas procesā.

Uzlabota automatizācija

Automātiskā kalibrēšana, pašdiagnostika{0}}un adaptīvā procesa uzraudzība vienkāršos iekārtas darbību.

Augstāka precizitāte

Uzlaboti kodētāji, kustību kontrolieri un mehāniskās struktūras vēl vairāk uzlabos izmēru precizitāti.

Plašāka rūpnieciskā pieņemšana

Tā kā programmatūra kļūst lietotājam-draudzīgāka un aprīkojuma izmaksas turpina samazināties, piecu{1}}ass darbvirsmas drukāšana, visticamāk, kļūs par standarta rīku inženierzinātņu laboratorijās, dizaina studijās un ražošanas iekārtās visā pasaulē.

 

Secinājums

Desktop 5 Axis 3D printeri no jauna definē to, kas ir iespējams precīzā prototipā. Apvienojot daudzvirzienu kustību ar progresīvu piedevu ražošanu, šīs sistēmas pārvar daudzus ierobežojumus, kas saistīti ar tradicionālo trīs -asu drukāšanu. Tie samazina atbalsta struktūras, uzlabo virsmas kvalitāti, optimizē slāņa orientāciju un ļauj ražot ļoti sarežģītas ģeometrijas, kas precīzāk atspoguļo galaprodukta dizainu.

Pētniecības laboratorijām tie nodrošina elastīgu platformu progresīvu ražošanas metožu izpētei, novatorisku dizainu apstiprināšanai un zinātnisko atklājumu paātrināšanai. Ražotājiem tie saīsina produktu izstrādes ciklus, samazina pēc-apstrādi un uzlabo prototipa funkcionalitāti, vienlaikus samazinot kopējās izstrādes izmaksas.

Turpinot attīstīties kustību vadības sistēmām, griešanas programmatūrai un materiālu tehnoloģijām, piecu ass{0}}ass printeriem būs arvien lielāka nozīme digitālajā ražošanā. Tā vietā, lai kalpotu kā vienkārši modeļu{2}}veidošanas rīki, tie kļūst par būtiskām inženierijas platformām, kas mazina plaisu starp koncepcijas izstrādi un{3}}gatavu komponentu ražošanu, palīdzot organizācijām ātrāk ieviest jauninājumus un laist tirgū augstākas-kvalitatīvus produktus.