تنزيل العرض التقديمي. 

قم بتنزيل تطبيق AD. 

في الوقت الحاضر ، يتم وضع التقنيات المضافة على أنها تقنيات يمكن أن تحل إلى حد كبير محل الأساليب التقليدية لتصنيع وإصلاح أجزاء الهندسة الميكانيكية [1]. تُظهر الخبرة المتراكمة أن استخدام تقنيات "الطباعة ثلاثية الأبعاد" (الطباعة ثلاثية الأبعاد) يسمح لك بإنشاء منتجات في أقصر وقت ممكن وبأقل قدر ممكن من فقدان المواد.

تعتمد تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد على إنشاء واستخدام نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد للمنتج الناتج. يمكن إنشاء هذا النموذج في كل من عملية تصميمه باستخدام البرنامج المناسب ، ومن خلال مسح المكونات التالفة لوحدات تجميع الجهاز (باستخدام ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد) مع معالجة الكمبيوتر اللاحقة للنتائج. إن وجود نموذج رقمي يزيد بشكل كبير من سرعة ودقة إنتاج الأجزاء.

نظرًا للممارسة الحالية المتمثلة في الاستخدام الواسع النطاق لشبكات الكمبيوتر ، أثناء التصنيع الإضافي وترميم الأجزاء ، يمكن لمطور نسخته الإلكترونية أن يكون على مسافة من الكائن (الجهاز). يتيح ذلك اتباع نهج مختلف نوعيًا لتنظيم الإنتاج الإضافي للمنتجات المتنوعة ويفتح آفاقًا لإنشاء مجمعات إنتاج وإصلاح عالمية متعددة الوظائف تعتمد على الطباعة ثلاثية الأبعاد.

من أجل الإدخال الواسع للتقنيات المضافة في الهندسة الميكانيكية ، من الضروري تجميع الخبرة في إنشاء منتجات هندسية محددة وإظهار فعالية هذا النهج. طريقة مبتكرة لتطوير تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنتاج بكرات الجنزير لمركبات جميع التضاريس ، والتي تم تخصيص هذا العمل لها ، مخصصة لحل هذه المشكلة.

1 تحليل استخدام طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد للحصول على منتجات الهندسة الميكانيكية

1.1 تحليل المجالات الحالية لتطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد في السوق الروسية

ظهرت النماذج الأولية لأول الطابعات ثلاثية الأبعاد في التسعينيات من القرن الماضي ، لكنها اكتسبت توزيعًا تجاريًا واسعًا فقط في أوائل عام 3 ، عندما أدرك المصنعون أنه يمكن استخدامها للإنتاج على نطاق صغير [90]. في نفس الوقت تقريبًا ، بدأت التقنيات المضافة في التطور في روسيا. بدأت الشركات المحلية الأولى في تطوير طابعاتها ثلاثية الأبعاد. أصبحت الطباعة ثلاثية الأبعاد أكثر انتشارًا منذ حوالي 2010 سنوات ، ثم بدأت الشركات في الظهور والتي تتيح لك طباعة الجزء المطلوب دون شراء طابعة ثلاثية الأبعاد خاصة بك.

في الوقت الحالي ، تكتسب الطباعة ثلاثية الأبعاد في روسيا زخمًا. لم يكن من المستجد منذ فترة طويلة أن يتم تصنيع المنتجات الوظيفية عن طريق الطباعة ثلاثية الأبعاد ، وكلاهما قادر على حمل حمولة وليس كذلك. تستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنتاج أجزاء في الطيران والصواريخ والسيارات والأدوية والمجوهرات والنماذج الأولية والتصميم وغيرها.

الطباعة ثلاثية الأبعاد هي تقنية مرنة للغاية. ربما يوجد في كل مجال مكان يمكن فيه تطبيق تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد. هناك أكثر من 3 تقنية مختلفة للطباعة ثلاثية الأبعاد. في الوقت الحالي ، عندما نتحدث عن الطباعة ثلاثية الأبعاد ، فإننا مهتمون بشكل أساسي بالمواد التي سيتم تصنيع الجزء منها. اعتمادًا على خصائص المادة ، يمكننا تحديد تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد المثلى. لكل تطبيق معاييره الخاصة التي يجب أن تفي بها الأجزاء المصنوعة باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد: الدقة ، والخطورة ، والقوة ، والوزن ، إلخ.

بالنسبة للطيران والصواريخ ، يجب أن تكون الأجزاء قوية وخفيفة الوزن ودقيقة ولها خصائص خاصة متأصلة في الكائن المحدد. في هذه المجالات ، يشيع استخدام ما يسمى بالبلاستيك والمعادن الهندسية. يمكن أن تؤدي إضافة عناصر مختلفة للبلاستيك إلى تحسين خصائص المادة في الظروف المطلوبة. خيوط مختلفة مع البولي كربونات ، ومخاليط من البلاستيك مع مواد أخرى للطباعة ثلاثية الأبعاد ، والبولي أميد ، والمواد PEEK ، و PEI ، و PPSF ، و PSU [3] قادرة على العمل في ظروف قاسية وتلبية متطلبات الطيران. تستخدم العديد من الشركات الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنتاج النماذج الأولية والأجزاء الداخلية وجلد الطائرات والمرافق.

لا يسع المرء إلا أن يذكر استخدام الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد في الطيران والصواريخ. تتيح لك الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن تحقيق خصائص خاصة للمعادن نظرًا لمبدأ الجمع بين مساحيق المعادن غير المتشابهة. تتيح لك هذه التقنية ، على عكس الصب ، الحصول على شكل أكثر تعقيدًا للكائن دون تكاليف المواد والعمالة المرتفعة. بالإضافة إلى ذلك ، لا تحتوي المنتجات المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد على مسامية يمكن أن تتداخل مع جودة الصب.

الشكل 1 - قوس لـ S7

الشكل 2 - قوس لـ S7

تتمثل تجربة استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في إنتاج السيارات الروسية في إنشاء سيارات Aurus من مشروع Cortege ، حيث تم استخدام تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد. تمت طباعة بعض الأجزاء أولاً من البلاستيك ، ثم باستخدام النموذج الرئيسي المطبوع عن طريق القولبة بالحقن ، وتم تصنيع أجزاء العمل بالشكل الأمثل ، والتي تفوقت على مثيلاتها في الشركات العالمية الأخرى من حيث خصائص الوزن. بالإضافة إلى ذلك ، تم تصنيع بعض الأجزاء باستخدام الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد. يوضح الشكل 3 فوهة SLM.

الشكل 3 - الأنبوب الموجود في السيارة Aurus ، المصنوع من الطباعة ثلاثية الأبعاد

يعد استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في الطب واسع الانتشار حاليًا ، ولكن نظرًا لعدم وجود شهادات للمنتجات المصنوعة بواسطة الطباعة ثلاثية الأبعاد ، فإن هذا المجال لم ينتشر على نطاق واسع. ومع ذلك ، في الوقت الحالي ، تُستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد في الجراحة ، وفي الأطراف الصناعية ، وفي طب الأسنان ، يتم تطوير تقنيات يمكنها طباعة أعضاء أو أجزاء من الجسم (الشكل 3).

الشكل 4 - نموذج العمود الفقري للحيوان للعملية

لذلك ، في عام 2017 ، تم إجراء عملية جراحية لزرع غرسة عظم مطبوعة على طابعة ثلاثية الأبعاد في روسيا لأول مرة. قامت مجموعة من الأطباء بقيادة البروفيسور جورجي جفتون بإنقاذ المريض من ورم سرطاني في عظم العانة لمدة ثلاث ساعات ونصف الساعة [3]. تم إجراء عملية الزرع بواسطة Endoprint ، وهي شركة زراعة جراحية مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد (الشكل 4). تم وضع غرسة من التيتانيوم على أساس التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي المحوسب في العظام.

الشكل 5 - مثال على تصنيع غرسة باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد

في روسيا ، تم اختراع مشد GS3 ، وتم تصنيعه باستخدام طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد (الشكل 3). خصوصية المخصر هي أنه بمساعدة الجيروسكوبات والمسرعات ، يتكيف المشد مع حركات الشخص ، مما يوفر دعمًا للظهر دون إزعاج.

الشكل 6 - مشد GS3 ، مع إمكانية التعديل الفردي

طب الأسنان هو أحد المجالات التي تستخدم فيها الطباعة ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع في إنشاء الحشوات ، والبطانات ، والتيجان ، والقشرة ، وواقيات الفم الخاصة ، إلخ. المواد المستخدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد لطب الأسنان متوافقة حيوياً للغاية ودقيقة وخشونة سطحية منخفضة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن اختيار المواد وفقًا لمتطلبات محددة ، مما يحسن جودة الخدمة ومتانة الكائنات المستخدمة (الشكل 3).

الشكل 7 - تقويم الأسنان المصنوع من الطباعة ثلاثية الأبعاد من NextDentOrthoClean

أحد الجوانب التي لا يزال من الممكن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد فيها في الطب هو تصنيع مختلف الأعضاء وأجزاء الجسم وتوجيه الأطباء لتدريب الأطباء قبل إجراء عملية مهمة. لم تعد الحالات التي يتم فيها صنع جمجمة أو عظام شخص أو حيوان لممارسة الجراح ، وفقًا للتصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي المحوسب ، غير شائعة (الشكل 3) [8].

الشكل 8 - نموذج جراحي للعملية على عظام الحيوان من صنع الشركة "Studia3D»

بالإضافة إلى استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في المجالات المهمة لحياة الإنسان وتطور المجتمع ، تُستخدم التكنولوجيا لأغراض جمالية. على سبيل المثال ، استخدم الجواهريون منذ فترة طويلة الطباعة الضوئية لصنع مجوهرات خاصة. تتيح لك طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد إنشاء أي شكل ، وعمل قالب للصب ، ثم إنشاء أشياء مختلفة منه (الشكل 3). في كثير من الأحيان ، يمكن صنع المجوهرات بطريقة أخرى - عن طريق تلبيد مسحوق المعادن الثمينة. تتجاوز هذه الطريقة إنشاء القالب والصب اللاحق وتسمح بأشكال أكثر تعقيدًا ولا تصدق.

الشكل 9 - مجوهرات مصنوعة من نموذج مطبوع على طابعة ثلاثية الأبعاد

يعد إنشاء العملات المعدنية القابلة للتحصيل والهدايا أحد المجالات المتعلقة بالمجوهرات. تم صنع النموذج الرئيسي وفقًا لنفس المبدأ ، والذي بموجبه يتم صب قالب الصب والعملة النهائية.

لا تنتهي التطبيقات الجمالية للطباعة ثلاثية الأبعاد عند هذا الحد. تقدر ورش العمل النموذجية تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد وتستخدمها بنشاط في مشاريعها. إنشاء نماذج للمنازل ، والأجهزة التقنية (الشكل 3) ، وتصميم المناظر الطبيعية ، ونماذج المؤسسات الحكومية ومراكز النقل (الشكل 3) - كل هذا أصبح الآن أسهل وأسرع في التصنيع بفضل الطباعة ثلاثية الأبعاد. لا تخضع منتجات النماذج النموذجية لمعايير القوة العالية ، ولكن في هذا المجال ، من المهم الرسم الدقيق للتفاصيل. لذلك ، تصنع كائنات النماذج من كل من البلاستيك والبوليمرات الضوئية المختلفة.

الشكل 10 - نموذج لمولد كهربائي لتصور مفهوم منتج جديد تصنعه الشركة "Studia3D»

الشكل 11 - نموذج لميناء محج قلعة صنعته شركة Scale بالاشتراك مع "Studia3D»

يعد التصميم أحد أكبر استخدامات الطباعة ثلاثية الأبعاد. يُعتقد أن الطباعة ثلاثية الأبعاد مخصصة فقط لتصنيع العناصر غير الوظيفية والزخرفية ، ولكن كما نرى أعلاه ، ليس هذا هو الحال. ومع ذلك ، يتم استخدام تطبيقات تصميم التكنولوجيا على نطاق واسع ، وأصبحت الطباعة ثلاثية الأبعاد هي المفضلة لدى العديد من شركات الديكور. منصات عرض للأحداث ، تماثيل بارتفاع 3-3 متر (الشكل 3) ، تماثيل صغيرة لجوائز المسابقات (الشكل 1,5) ، مجموعات هدايا لموضوعات محددة وإصدارات محدودة وأكثر من ذلك بكثير - حيث تستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد الآن في التصميم.

الشكل 12 - تمثال لبطل كارتون بارتفاع 2,5 متر (يسار) وجوائز لمهرجان الفيلم (يمين)

1.2 مزايا وعيوب الطباعة ثلاثية الأبعاد في تصنيع منتجات الهندسة الميكانيكية

كل تقنية تصنيع لها مزاياها وعيوبها. إن المدى الذي تسود فيه المزايا في ظروف معينة على عيوب التكنولوجيا يحدد جدواها وفعاليتها. عند الحديث عن المزايا المباشرة للطباعة ثلاثية الأبعاد كتقنية ، يمكن التمييز بين ما يلي: إنتاج أرخص ، ووزن أخف للمنتج مع الحفاظ على الخصائص ، وسرعة عالية لإنتاج دفعات صغيرة.

كيف تساعد الطباعة ثلاثية الأبعاد في تقليل تكلفة الإنتاج: يعني وجود طابعة ثلاثية الأبعاد استخدام مناطق إنتاج أصغر ، ومعدات أقل للإنتاج مع معدات مقارنة بأساليب المعالجة التقليدية. في كثير من الأحيان ، تتطلب الطابعة ثلاثية الأبعاد فقط درجة حرارة الغرفة ، والكهرباء ، ومجموعة أدوات دنيا للصيانة والمعايرة ، دون احتساب العناصر الأساسية في شكل مواد استهلاكية ومكونات إضافية. بالنسبة لأنواع معينة من الآلات ، يلزم تبريد إضافي أو ، على سبيل المثال ، الحفاظ على درجة الحرارة المثلى ، وأدوات خاصة ، وصيانة أكثر تعقيدًا مقارنة بالطابعات ثلاثية الأبعاد الشخصية. يحدث الانخفاض في تكاليف الإنتاج بشكل أساسي بسبب مبدأ الإضافية ، حيث يتم استهلاك كمية أقل بكثير من المواد مقارنة بالإنتاج التقليدي. نظرًا لقدرتها على الحصول على أي شكل دون استخدام مجموعة متنوعة من الطرق ، فإن الطباعة ثلاثية الأبعاد تحظى بشعبية في تصنيع الأجزاء أو المنتجات غير النمطية. بالإضافة إلى ذلك ، هناك عدد من الأسباب التي يمكن أن تقلل من تكاليف التصنيع تشمل حقيقة أن الطباعة ثلاثية الأبعاد قادرة على إنتاج سلسلة صغيرة من الأجزاء دون تصميم ، على سبيل المثال ، قوالب الصب أو إنشاء أدوات خاصة. إذا حدث خطأ في عملية التصميم أو تغيرت تفضيلات أو خصائص المنتج المصنَّع ، فإن تكلفة صنع عينة في الطباعة ثلاثية الأبعاد تكون أقل بكثير من أنواع الإنتاج الأخرى.

إحدى المزايا التي لا تقل أهمية للمزايا المذكورة أعلاه هي سرعة الإنتاج العالية للطباعة ثلاثية الأبعاد. تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد نفسها ، كما قد تبدو للوهلة الأولى ، عملية طويلة ، تتضمن مرور فوهة الطارد أو الليزر في مسار معين لعدد كبير من المرات. لكن لا تنسَ وقت التحضير الفعلي للمنتج للطباعة ثلاثية الأبعاد ، ووقت مشغل الطابعة ثلاثية الأبعاد لإعداد كود g ، والطباعة ثلاثية الأبعاد لمنتج معقد في "إعداد" واحد - كل هذا له تأثير إيجابي على وقت الإنتاج الجزئي. بطبيعة الحال ، بالنسبة للمنتجات البسيطة أو الإنتاج الضخم في حالة ماكينات القولبة بالحقن ، لا تقدم الطباعة ثلاثية الأبعاد ميزة زمنية ، ولكن عندما يتعلق الأمر بالأشكال المعقدة والمسلسلات الصغيرة ، فإن الطباعة ثلاثية الأبعاد هي المفضلة بشكل واضح.

في قلب الطباعة ثلاثية الأبعاد هو مفهوم الحصول على شكل أي منتج. من خلال التعامل الصحيح مع هذه الأداة ومراعاة جميع العوامل المصاحبة ، يمكن إبراز المزايا التالية بوضوح:

  • سرعة التصنيع
  • الإنتاج في مكان واحد
  • تقليل المخاطر
  • القدرة على إنتاج منتجات ذات أشكال معقدة
  • مجموعة واسعة من التطبيقات
  • توافر التكنولوجيا

1.3 تحليل أكثر مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد شيوعًا

الطباعة ثلاثية الأبعاد هي عملية تشكيل منتج عن طريق تطبيق مادة. يتم اختيار تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد اعتمادًا على المادة المختارة ويتم تحديدها من خلال التركيب الكيميائي لهذه المادة. المواد الأكثر شيوعًا في الطباعة ثلاثية الأبعاد هي اللدائن الحرارية وراتنجات فوتوبوليمير (المعالجة بالضوء) والبولي أميد والمعادن.

في الوقت الحالي ، يوجد أكثر من 200 تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد ، كل تقنية ترجع إلى المادة الأساسية ووجود مواد مضافة أو شوائب كملء. يتم تقليل جميع التقنيات ، بطريقة أو بأخرى ، إلى أربع تقنيات أساسية:

  • في حالة اللدائن الحرارية - وضع طبقات من المادة عن طريق بثق البوليمر من خلال قالب وربط الطبقة التالية بالطبقة السابقة عن طريق الالتصاق. يرجع الالتصاق إلى التفاعلات بين الجزيئات في الطبقة السطحية ويتميز بالعمل المحدد المطلوب لفصل الأسطح. يوضح الشكل 13 حالة خاصة للطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام اللدائن الحرارية - تقنية FDM.

الشكل 13 - حالة خاصة لطباعة FDM3D

  • في حالة راتنجات البوليمر الضوئي - معالجة طبقة تلو الأخرى لبوليمر ضوئي سائل بضربه بالفوتونات. يعتبر الأفضل من وجهة نظر الحصول على منتجات عالية الدقة. يوضح الشكل 14 مخططًا لطريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام البوليمرات الضوئية باستخدام مثال تقنية SLA.

الشكل 14 - حالة خاصة للطباعة ثلاثية الأبعاد من فوتوبوليمير باستخدام طريقة SLA

  • في حالة الطباعة غير المعدنية بالمسحوق - تلبيد انتقائي لطبقات رقيقة من المواد باستخدام شعاع ليزر. يوضح الشكل 15 مخططًا للطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام مسحوق غير معدني باستخدام تقنية SLS.

الشكل 15 - حالة خاصة لطباعة SLS3D

  • في حالة الطباعة على المعادن بالمسحوق - الصهر الانتقائي بواسطة شعاع الليزر لطبقات رقيقة من مسحوق المعدن مسبقًا. يوضح الشكل 16 مخططًا للطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن باستخدام تقنية SLM.

الشكل 16 - حالة خاصة لطباعة SLM3D

الميزة المميزة والواضحة للأجزاء المطبوعة على طابعة ثلاثية الأبعاد هي نسيج الطبقات على سطح المنتج.

1.4 تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد FDM

حاليًا ، لتصنيع أجزاء بناء الماكينات ، غالبًا ما تستخدم تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد مع المعادن ، وبدرجة أقل ، البولي أميد والفوتوبوليمر. ومع ذلك ، هناك تقنية FDM للطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام اللدائن الحرارية ، والتي لم يتم اعتبارها سابقًا كطريقة لتصنيع الأجزاء الهندسية الميكانيكية. قررنا في عملنا البحث في إمكانية استخدام هذه التقنية للحصول على منتجات الهندسة الميكانيكية ، لما لها من عدد من المزايا.

أولاً ، تقنية FDM هي الأكثر انتشارًا بسبب التكلفة المنخفضة نسبيًا للمعدات والمواد الاستهلاكية.

ثانيًا ، هذه التقنية هي الأسهل في إعداد الطابعات ثلاثية الأبعاد وصيانتها. في هذه الحالة ، نعتبر هذه التكنولوجيا بمثابة منافس مباشر لآلات القولبة بالحقن للإنتاج على نطاق صغير.

دعنا نلقي نظرة فاحصة على التكنولوجيا. العملية نفسها هي عملية إنشاء كائن عن طريق ترسيب خيوط منصهرة في غرفة العمل لطابعة ثلاثية الأبعاد. تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، حيث يرجع بناء الكائن إلى ذوبان الفتيل البلاستيكي ، والذي يتم تغذيته من خلال الطارد إلى سطح العمل. تم تطويره من قبل شركة Stratasys الأمريكية في عام 3. يوضح الشكل 1988 مخططًا تخطيطيًا للطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام تقنية FDM.

الشكل 17 - مبدأ بناء المواد باستخدام تقنية الطباعة FDM ثلاثية الأبعاد

FDM هي تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد الأكثر تكلفة والأكثر استخدامًا في العالم. تُستخدم هذه التقنية في كل من الطابعات ثلاثية الأبعاد المنزلية والشخصية الرخيصة والآلات الصناعية عالية الدقة. كقاعدة عامة ، يتم تصنيع المنتجات الكبيرة نسبيًا باستخدام هذه التقنية ، والتي يجب أن تتمتع بخصائص ميكانيكية موثوقة (القوة ، مقاومة التآكل ، المرونة). الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي التكلفة المنخفضة للمواد الاستهلاكية. والمواد الاستهلاكية نفسها رائعة لمعالجة المنتجات بعد الطباعة. عادةً ما تكون المنتجات التي تم الحصول عليها بطريقة الطباعة FDM3D أحادية اللون وقوية ومرنة ولها مجموعة ثابتة من الخصائص الفيزيائية التي تعتمد على نوع المادة. يمكن أن تكون مقاومة للحرارة ، ومقاومة للاهتراء ، ومرونة أو صلابة متزايدة ، وما إلى ذلك.

تعتمد دقة نماذج البناء باستخدام تقنية FDM إلى حد كبير على سمك الطبقة المطبوعة ودقة وضع الطارد بالنسبة للمنصة. يمكن أن تتراوح هذه القيمة بين 0,02 و 1,2 ملم. سطح الأشياء النهائية مضلع (متدرج - في حدود 0,02 - 1,2 مم). يرجع التضليع إلى حقيقة أن الخيط المنصهر له شكل دائري. يمكنك إضافة نعومة إضافية إلى السطح باستخدام المعالجة اللاحقة.

تتضمن تقنية FDM (نمذجة الترسيب المنصهر) إنشاء كائنات ثلاثية الأبعاد من خلال تطبيق طبقات متتالية من المواد التي تتبع ملامح النموذج الرقمي.

تبدأ دورة الإنتاج بمعالجة نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد. نموذج stl متعدد الطبقات وموجه بالطريقة الأنسب للطباعة. يتم إنشاء الهياكل الداعمة حسب الحاجة لطباعة العناصر المتدلية. يتم إعداد برنامج تحكم لطابعة ثلاثية الأبعاد في برنامج خاص.

يتم إنتاج النموذج عن طريق البثق ("البثق") وتطبيق اللدائن الحرارية المنصهرة مع تكوين طبقات متتالية تصلب مباشرة بعد البثق. يوضح الشكل 18 كيف يتم بثق المادة.

الشكل 18 - مبدأ تغذية البلاستيك في الطارد

يتم فك الفتيل البلاستيكي من البكرة ويتم إدخاله في الطارد - وهو جهاز مزود بمحرك ميكانيكي لتعبئة الفتيل وعنصر تسخين لصهر الفتيل وفوهة يتم من خلالها تنفيذ البثق مباشرة. يتم استخدام عنصر التسخين لتسخين الفوهة ، والتي بدورها تذوب الفتيل وتغذي المادة المنصهرة على سطح طاولة العمل (للطبقة الأولى) أو إلى الطبقة السابقة المتصلة بها. عادةً ما يتم تبريد الجزء العلوي من الفوهة بواسطة مروحة لإنشاء تدرج درجة حرارة حاد ضروري لضمان التدفق السلس للمواد.

يتحرك الطارد (يسمى أيضًا "رأس الطباعة") أفقيًا ويطبق الطبقة المطلوبة تدريجيًا ، وبعد ذلك تتحرك عموديًا (غالبًا عن طريق خفض الجدول ، ولكن هناك نماذج يتم فيها رفع الطارد) بواسطة سمك الطبقة و تتكرر العملية حتى لا يتم بناء النموذج بالكامل.

تستخدم طابعات FDM اللدائن الحرارية كمواد طباعة ، على شكل خيوط رفيعة ملفوفة على مكبات. نطاق البلاستيك واسع جدًا. من أشهر أنواع البلاستيك المستخدمة في الطباعة PLA و ABS. PLA عبارة عن مادة مصنوعة من الذرة أو قصب السكر ، مما يجعلها غير سامة وصديقة للبيئة ، ولكنها تجعلها قصيرة العمر نسبيًا. ABS متين للغاية ومقاوم للتآكل ، على الرغم من أنه عرضة لأشعة الشمس المباشرة ويمكن أن ينبعث منه كميات صغيرة من الأبخرة الضارة عند تسخينه.

بالإضافة إلى PLA و ABS ، يمكن الطباعة باستخدام النايلون والبولي كربونات والبولي إيثيلين والعديد من اللدائن الحرارية الأخرى المستخدمة على نطاق واسع في الصناعة الحديثة. من الممكن استخدام مادة مثل كحول البولي فينيل (PVA-plastic). هذه المادة قابلة للذوبان في الماء ، مما يجعلها مفيدة جدًا لطباعة النماذج ذات الأشكال الهندسية المعقدة.

من الممكن أيضًا استخدام مواد مركبة تقلد الخشب والمعادن والحجر. تستخدم هذه المواد جميع اللدائن الحرارية نفسها ، ولكن مع مواد مضافة من مواد غير بلاستيكية. وبالتالي ، يتكون Laywoo-D3 من 40٪ من غبار الخشب الطبيعي ، مما يسمح بطباعة المنتجات "الخشبية" ، بما في ذلك الأثاث.

تمتلئ المادة المسماة BronzeFill بالبرونز الحقيقي ، والنماذج المصنوعة منها قابلة للطحن والتلميع ، مما يحقق تشابهًا كبيرًا مع المنتجات المصنوعة من البرونز الخالص.

عنصر الترابط في المواد المركبة هو اللدائن الحرارية ، والتي تحدد عتبات القوة ومقاومة الحرارة وغيرها من الخصائص الفيزيائية والكيميائية للنماذج النهائية.

تعد FDM واحدة من أقل طرق الطباعة تكلفة وهي تقود الشعبية المتزايدة للطابعات الاستهلاكية القائمة على هذه التقنية. في الحياة اليومية ، يمكن استخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد التي تستخدم تقنية FDM لإنشاء مجموعة متنوعة من الأشياء ذات الأغراض الخاصة والألعاب والمجوهرات والهدايا التذكارية.

تشمل مزايا تقنية FDM ما يلي:

- سهل التشغيل ، بحيث يمكن حتى لغير المتخصصين التعامل مع الطباعة بسهولة ؛

- في عملية النمذجة ، يتم إنشاء أجزاء عالية الجودة بتفاصيل عالية للأشكال والتجاويف الهندسية المعقدة ؛

- الرخص الكافي للمواد الاستهلاكية ؛

- مجموعة كبيرة من الألوان وأنواع البلاستيك.

تشمل عيوب هذه التقنية ما يلي:

- سرعة العمل المنخفضة (لا يمكن للتقنيات الأخرى أن تتباهى أيضًا بسرعة العمل العالية. فهي تستغرق وقتًا طويلاً لبناء نماذج كبيرة ومعقدة) ؛

- دقة وضوح منخفضة أفقيًا وعموديًا ، مما يؤدي إلى ظهور طبقات ملحوظة إلى حد ما على سطح النموذج المُصنَّع ؛

- مشاكل في تثبيت النموذج على سطح المكتب (يجب أن تلتصق الطبقة الأولى بسطح المنصة ، لكن يمكن إزالة النموذج النهائي). يمكن حل هذه المشكلة بطرق مختلفة: عن طريق تسخين سطح المكتب ؛ تطبيق الطلاءات المختلفة عليها ؛

- بالنسبة للعناصر المتدلية ، يلزم إنشاء هياكل داعمة ، والتي يجب إزالتها لاحقًا. حتى مع أخذ ذلك في الاعتبار ، لا يمكن صنع بعض الطرز ببساطة على طابعة FDM في دورة واحدة وعليك تقسيمها إلى أجزاء ثم ضمها معًا عن طريق الإلتصاق أو بطريقة أخرى.

وبالتالي ، بالنسبة للعديد من العينات التي تم إجراؤها باستخدام تقنية FDM ، ستكون هناك حاجة إلى تشطيب معقد إلى حد ما ، وهو أمر يصعب أو يستحيل تشغيله آليًا ، وبالتالي ، يتم إجراؤه يدويًا بشكل أساسي.

هناك أيضًا عيوب أقل وضوحًا ، مثل اعتماد القوة على الاتجاه الذي يتم تطبيق القوة فيه. لذلك ، يمكنك جعل العينة قوية بما يكفي للضغط في الاتجاه العمودي على ترتيب الطبقات ، ولكن للالتواء سيكون أقل قوة: التمزق على طول حدود الطبقات ممكن.

هناك نقطة أخرى ، بدرجة أو بأخرى ، متأصلة في أي تقنية مرتبطة بالتسخين: إنه الانكماش الحراري ، الذي يؤدي إلى تغيير حجم العينة بعد التبريد. بالطبع ، يعتمد الكثير هنا على خصائص المواد المستخدمة ، لكن في بعض الأحيان لا يمكنك حتى التوفيق مع التغييرات التي تصل إلى بضعة أعشار في المائة.

قد تبدو التكنولوجيا خالية من النفايات فقط للوهلة الأولى. ولا يتعلق الأمر فقط بدعم الهياكل في النماذج المعقدة ، بل يتم إهدار الكثير من البلاستيك حتى من قبل مشغل متمرس عند اختيار وضع الطباعة الأمثل لطراز معين.

حتى مع وجود العديد من المشاكل ، أصبحت هذه التكنولوجيا الآن شائعة جدًا. هناك عديد من الأسباب لذلك.

السبب الرئيسي والمُحدد هو سعر كل من الطابعات نفسها وموادها الاستهلاكية. كان الدافع الأول المهم في عملية الترويج لطابعات FDM للجماهير هو انتهاء صلاحية براءات الاختراع في عام 2009. نتيجة لذلك ، على مدى خمس سنوات ، انخفضت أسعار هذه الطابعات بأكثر من ترتيب من حيث الحجم ، وإذا أخذنا في الاعتبار التطرف (الأغلى حتى عام 2009 والأرخص اليوم) ، فعندئذٍ بأمرين من حيث الحجم: سعر أرخص طابعات صينية الصنع اليوم يتراوح سعرها بين 300 و 400 دولار فقط - ومع ذلك ، على الأرجح سيصاب المشتري بخيبة أمل على الفور. أصبح سعر طابعات الدخول اللائقة الآن أقرب إلى 1200-1500 دولار.

كان العامل الثاني المهم هو ظهور مشروع RepRap ، أو Replicating Rapid Prototyper - آلية نماذج أولية سريعة التكرار ذاتيًا. يتعلق الاستنساخ الذاتي بتصنيع أجزاء لطابعة أخرى مماثلة على طابعة مصنوعة بالفعل - بالطبع ، ليس كل شيء ، ولكن فقط تلك التي يمكن إنشاؤها في إطار هذه التقنية ، يجب شراء كل شيء آخر. ولم يكن هذا هو الهدف من المشروع في حد ذاته: كانت المهمة الرئيسية هي إنشاء أرخص نماذج الطابعات المتاحة حتى لعشاق القطاع الخاص الذين لا يتحملون عبء الأموال الزائدة ، ولكنهم يريدون تجربة الطباعة ثلاثية الأبعاد. علاوة على ذلك ، لم تكن جميع النماذج الأولية التي تم إنشاؤها في إطار RepRap ولا تتكرر ذاتيًا (في أي جزء ملحوظ من جميع التفاصيل).

بالطبع ، غالبًا ما تكون الطابعات التي تم إنشاؤها بهذه الطريقة بعيدة عن الكمال حتى في إطار تقنية FDM ، ولكنها تتيح لك إنشاء جهاز يعمل بكامل طاقته بأقل تكاليف مالية. وتجدر الإشارة: اليوم ليس من الضروري على الإطلاق البحث عن صاحب الطابعة من أجل طباعة الأجزاء الممكنة ، والركض في المتاجر بحثًا عن الباقي. مجموعات كاملة للتجميع الذاتي للطابعة ، يتم تقديم ما يسمى مجموعات DIY (من "Do It Yourself" - افعلها بنفسك) ، والتي تتيح لك توفير المال بشكل كبير ، وتجنب الضجة والإزعاج غير الضرورية ، وتحتوي أيضًا على تفاصيل تعليمات التجميع. ولكن هناك متسعًا لأولئك الذين لا يريدون أن يكونوا محبوسين في إطار التصميمات الجاهزة ويريدون إضافة شيء خاص بهم إليها: هناك الكثير من المقترحات لأي مكونات فردية لمثل هذه الطابعات.

الجانب الإيجابي الآخر لتطوير مشروع RepRap هو ظهور وتحسين البرامج المختلفة للعمل مع هذه الطابعات ثلاثية الأبعاد ، علاوة على ذلك ، الموزعة مجانًا. هذا فرق مهم عن الأجهزة التي تنتجها الشركات المصنعة البارزة ، والتي تعمل فقط مع البرامج الخاصة بهم.

من حيث المبدأ ، لا يقتصر المشروع على تقنية FDM ، ولكنه حتى الآن هو الأكثر سهولة في الوصول إليه ، تمامًا كما هو الحال بالنسبة للمواد الأقل تكلفة ، وهي الخيوط ، والتي تُستخدم في الغالبية العظمى من الطابعات التي تم إنشاؤها على أساس تطورات RepRap.

أدى اعتماد طابعات FDM على نطاق واسع إلى زيادة الطلب على المواد الاستهلاكية لها ؛ لا يمكن أن يفشل العرض في متابعة الطلب ، وحدث نفس الشيء كما حدث مع الطابعات نفسها: انهارت الأسعار. إذا كانت هناك إشارات إلى الأسعار على مستوى 2-3 وحتى أكثر من مئات اليورو لكل كيلوغرام من الشعيرات على صفحات الإنترنت القديمة المخصصة لتقنيات FDM. الآن ، في كل مكان نتحدث فيه عن عشرات اليورو ، وفقط للمواد الجديدة ذات الخصائص غير العادية ، يمكن أن يصل السعر إلى مئات الدولارات أو اليورو للكيلوغرام الواحد. صحيح ، إذا كانت المواد "ذات العلامات التجارية" التي تم بيعها في وقت سابق ، يتم تقديم سلسلة غير معروفة الآن وجودة غير مؤكدة ، ولكن هذا لا محالة يصاحب الشعبية.

إلى جانب السعر ، تتمتع طابعات FDM بمزايا أخرى تتعلق بقدرات التكنولوجيا. وبالتالي ، من السهل جدًا تزويد الطابعة برأس طباعة آخر يمكنه تغذية الفتيل من مادة سهلة الإزالة لإنشاء دعامات في الطرز المعقدة. من خلال إدخال صبغة في صناعة الخيوط ، يمكنك الحصول على ألوان متنوعة ومشرقة للغاية.

تتيح تقنية FDM إمكانية إنشاء ليس فقط النماذج ، ولكن أيضًا الأجزاء النهائية من اللدائن الحرارية القياسية والهيكلية وعالية الأداء.

تستفيد طباعة FDM من النظافة وسهولة الاستخدام والملاءمة للمكتب. الأجزاء البلاستيكية الحرارية مقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة والإجهاد الميكانيكي والمواد الكيميائية المختلفة والبيئات الرطبة أو الجافة.

تسمح المواد المساعدة القابلة للذوبان بإنشاء أشكال معقدة متعددة المستويات وتجويفات وثقوب قد يكون من الصعب الحصول عليها بالطرق التقليدية.

للطباعة باستخدام تقنية FDM ، يتم استخدام مادتين مختلفتين - الأولى (الرئيسية) ، والتي سيتكون منها الجزء النهائي ، والمواد المساعدة التي تستخدم للدعم. يتم تغذية خيوط كلتا المادتين من مقصورات الطابعة ثلاثية الأبعاد إلى رأس الطباعة ، والتي تتحرك بناءً على التغييرات في إحداثيات X و Y ، وتقوم بدمج المادة ، مما يؤدي إلى إنشاء الطبقة الحالية ، حتى تتحرك القاعدة لأسفل والطبقة التالية يبدأ.

عندما تكمل الطابعة ثلاثية الأبعاد إنشاء الجزء ، يبقى فصل المواد المساعدة ميكانيكيًا ، أو إذابتها بمنظف ، وبعد ذلك يصبح المنتج جاهزًا للاستخدام.

يمكن أن يكون الخيط بقطرين قياسيين: 1,75 و 3 مم. وبطبيعة الحال ، فهي غير قابلة للتبديل ، ويجب تحديد اختيار القطر المطلوب وفقًا لمواصفات الطابعة. يتم توفير البلاستيك على مكبات ولا يقاس بالطول ، ولكن بالوزن. بالنسبة لطابعات FDM من بعض الشركات المصنعة (على سبيل المثال ، CubeX من أنظمة 3D) ، فأنت بحاجة إلى شراء ليس البكرات ، ولكن الخراطيش الخاصة ذات الفتيل ، والتي تكون أغلى بكثير لكل كيلوغرام ، ولكن الشركة المصنعة تضمن جودة المواد.

لكل نوع من المواد ، يجب معرفة درجة حرارة التشغيل التي يجب تسخين المادة الموجودة في رأس الطباعة بها ، ودرجة حرارة تسخين طاولة العمل (المنصة) لتحسين التصاق الطبقة الأولى.

1.5 استنتاجات الفصل

أصبحت الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام تقنية FDM منتشرة على نطاق واسع في السوق الروسية منذ حوالي 3 سنوات. خلال هذا الوقت ، كان هناك رأي مفاده أن إنتاج المنتجات باستخدام طريقة الطباعة FDM5D رديء الجودة ويستغرق وقتًا طويلاً ومكلفًا. تم تقليص تشكيل السعر ووقت الإنتاج إلى تشكيل مواقع إنتاج تعمل على أساس عمليات مضافة ، ومفهوم الجودة هو مجرد اختيار أوضاع الطباعة ثلاثية الأبعاد. لقد درسنا تقنية FDM بأكثر الطرق تفصيلاً في وقت ملاءمتها كإنتاج للمنتجات النهائية والوظيفية لمختلف الصناعات ، بما في ذلك الهندسة الميكانيكية.

2 دراسة العلاقة بين أوضاع طباعة FDM وخصائص قوة مادة بوليمر نموذجية

2.1 أوضاع الطباعة ثلاثية الأبعاد

على غرار أي طريقة معالجة في التصنيع البديل ، هناك أوضاع رئيسية في الطباعة ثلاثية الأبعاد. تعتمد جودة المنتجات الناتجة على مدى صحة اختيار الأوضاع. ليس سراً أن كل نموذج للطابعة ثلاثية الأبعاد له خصائصه الخاصة ، مما يجعل من المستحيل تحديد الوضع المناسب لطباعة المنتج المطلوب بشكل لا لبس فيه. بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما يكون للمواد الاستهلاكية من جهات تصنيع مختلفة خصائص مختلفة ، حتى اللون الذي يتم طلاء البوليمر به يؤثر على النتيجة النهائية. يظهر تشكيل كائن بطريقة الطباعة FDM في الشكل 3.

الشكل 19 - تكوين كائن باستخدام تقنية الطباعة FDM ثلاثية الأبعاد

ضع في اعتبارك الأوضاع الرئيسية للطباعة ثلاثية الأبعاد: درجة الحرارة ، والسرعة ، وسمك الطبقة ، وإعدادات برنامج الطابعة.

أثناء تشغيل طابعة ثلاثية الأبعاد ، من الضروري ضبط درجات الحرارة المختلفة. أحد المؤشرات هو درجة حرارة الطبقة الأولى. تعد الطبقة الأولى واحدة من أكثر اللحظات أهمية في الطباعة ثلاثية الأبعاد للمنتج ، نظرًا لأن الطباعة الإضافية للجزء تعتمد إلى حد كبير على مدى جودة وتساوي وتوافق البلاستيك في وضع البلاستيك على طاولة الطابعة ثلاثية الأبعاد. كقاعدة عامة ، لا تختلف درجة حرارة الطبقة الأولى بشكل كبير عن درجة حرارة البثق وتتقلب في حدود 3-3 درجات أعلى من الدرجة السابقة. يتم تحديد درجة حرارة البثق وفقًا للمادة المستخدمة. يشار إلى درجة حرارة الطباعة الموصى بها على عبوة الراتينج. من المهم الالتزام بمواصفات الشركة المصنعة لتجنب عيوب الطباعة ثلاثية الأبعاد الناتجة عن درجات الحرارة المختارة بشكل غير صحيح. وتشمل هذه العيوب البثق غير الكافي أو ارتفاع درجة حرارة البلاستيك. تعتمد درجة حرارة البثق المثلى على نوع البوليمر المستخدم. بالنسبة لعدد من المواد الأكثر شيوعًا وطابعات FDM ، تتراوح درجات حرارة الطارد الموصى بها بين 3 و 0 درجة مئوية. المعلمة الثالثة لدرجة الحرارة التي تؤثر على جودة الطباعة ثلاثية الأبعاد هي درجة حرارة جدول الطابعة ثلاثية الأبعاد. على غرار الضرر الناجم عن ارتفاع درجة حرارة البلاستيك ، فإنه يضر ويؤدي إلى تبريد سريع غير ضروري لطبقات المادة. من أجل تجنب تشوه النموذج أثناء عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يتم تسخين طاولة الطابعة. عادة ما تتراوح درجات الحرارة التي يتم تسخين طاولة الطابعة ثلاثية الأبعاد عليها من 10 إلى 3 درجة مئوية.

سمك الطبقة أو ارتفاع الطبقة هو معلمة محددة مسبقًا في البرنامج لإعداد النماذج للطباعة ثلاثية الأبعاد. من وجهة نظر اللمس ، يحدد ارتفاع الطبقة مدى سلاسة الجزء عند اللمس. لكن سمك الطبقة يمكن أن يؤثر على العديد من خصائص المنتج المطبوع ، بما في ذلك قوة مادة البوليمر. تحدث ظاهرة التغيير في القوة بسبب التغيير في التصاق الطبقة البينية عند اختيار ارتفاع الطبقة. عادةً ما يختلف سمك طبقة طابعات FDM الحديثة في حدود 3-0,02 مم. يوضح الشكلان 1,2 و 20 سماكة طبقة مختلفة.

الشكل 20 - سماكة الطبقة بقيم 0,2 مم ، 0,4 مم ، 0,6 مم (من اليسار إلى اليمين)

الشكل 21 - اعتماد دقة الثقب الجانبي على ارتفاع الطبقة المحدد

قطر الفوهة - قطر أصغر فتحة في فوهة طابعة ثلاثية الأبعاد يتم من خلالها بثق مادة مستهلكة. يحدد اختيار هذه المعلمة مدى دقة دخول الطابعة ثلاثية الأبعاد إلى زوايا النموذج ومدى جودة رسم الجزء المريح. ومع ذلك ، يجب أن يكون مفهوما أنه إذا كانت الفوهة رفيعة للغاية ، فإن خطر الانسداد يزداد ويزداد وقت الطباعة ثلاثية الأبعاد ، حيث يمكن دفع كمية أقل من المواد الاستهلاكية عبر فوهة رفيعة مقارنة بفوهة سميكة. بالإضافة إلى ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه كلما زاد قطر الفوهة ، زاد نطاق اختيار معلمة أخرى مهمة ، مثل "ارتفاع الطبقة". لذلك ، يعد اختيار هذه المعلمة أمرًا مهمًا للغاية ، فهو يتطلب اختيارًا ومراقبة وتعديلًا مستمرًا.

درجة حرارة الفوهة - درجة الحرارة التي يتم فيها تسخين الفوهة لتكون قادرة على بثق البلاستيك الحراري في أوضاع أخرى محددة (سرعة الطباعة ، معدل التغذية ، سرعة التراجع ، قيمة التراجع)

نسبة التغذية - عامل يضبط تغذية المواد المستهلكة لتعظيم عرض البثق الفعلي. في عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام تقنية FDM ، هناك انتظام في الحفاظ على الحجم. لا يحترق البلاستيك ولا يتبخر ، ولكن بنفس المقدار الذي يدخل في الفوهة يتم بثقه. ومع ذلك ، في بعض الحالات ، تبدأ الآلة في "التكسير الناقص" أو "السحق". وتسمى هذه الحالات "بثق ناقص" أو "بثق مفرط". يمكن أن يكون هناك العديد من الأسباب لذلك: انسداد جزئي للفوهة ، معايرة غير صحيحة لمحركات السائر ، إلخ. لكي تعمل الطابعة ثلاثية الأبعاد بشكل صحيح ، يجب معايرة هذه المعلمة. أثناء الطباعة ، يمكنك ضبط هذه المعلمة لتحقيق أي متطلبات محددة.

تدفق الهواء هو معلمة تميز كثافة المروحة الموجهة إلى منطقة البثق. أثناء الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يجب أن يتصلب البلاستيك المبثوق ، وكلما كان ذلك أسرع كان ذلك أفضل ، لأن الطبقة لن يكون لديها وقت "لتطفو بعيدًا" في أي مكان. ومع ذلك ، بالنسبة لبعض المواد ، يكون تدفق الهواء الكبير أمرًا خطيرًا ، لأنه سيبرد المادة بشكل مفرط وقد يحدث تفتيت الطبقات أو انفصال الجزء عن المنصة. يتم تعيين المعلمة وفقًا للمستهلك.

درجة حرارة المنضدة - درجة الحرارة التي ترتفع عندها منصة الطابعة ثلاثية الأبعاد أثناء الطباعة ثلاثية الأبعاد. إنه ضروري لتحسين التصاق الطبقة الأولى ، عمل مادة لاصقة خاصة مطبقة على المنصة. يساعد على تسخين والحفاظ على درجة الحرارة في حجرة الطابعة ثلاثية الأبعاد.

التراجع - التراجع عن البلاستيك عند نقل الطارد بدون تغذية مادة ، على سبيل المثال ، إلى محيط جديد. إذا قمت بإيقاف تشغيل هذه الوظيفة ، فعند تحريك المادة ستبدأ في التدفق وسحب الخيط معها ، مما يترتب عليه عواقب سلبية من حيث الجودة. هناك معلمتان مسؤولتان عن التراجع: سرعة التراجع ومقدار التراجع. إذا تم ضبط هذه المعلمات بشكل غير صحيح ، فقد يتم ببساطة تقطيع البلاستيك أو سكبه من الفوهة. يضبط وفقًا للمادة وسرعة حركة الطارد.

Infill - كثافة المساحة الداخلية للجزء الخاص بك عند الطباعة ثلاثية الأبعاد. نسبة المساحة المملوءة إلى الحجم الداخلي الكامل للجزء [6]. يظهر مبدأ ملء الطباعة ثلاثية الأبعاد بوضوح في الشكل 3.

الشكل 22 - نسبة مختلفة للحشو بنفس سماكة الجدار

سرعة الطباعة - السرعة التي يتحرك بها الطارد أثناء بثق البلاستيك. من المعلمات المهمة بنفس القدر لضمان جودة النموذج المطبوع سرعة الطباعة. يمكن رؤية مثال توضيحي لتأثير سرعة الطباعة على جودة كائن مُصنَّع في الشكل 23.

الشكل 23 - تأثير سرعة الطباعة ثلاثية الأبعاد على جودة السطح

يوضح الرسم التوضيحي أن سرعة الطباعة ثلاثية الأبعاد العالية جدًا تجعل السطح غير قابل للاستخدام (3 مم / ثانية و 40 مم / ثانية) ، بينما لا توفر سرعة الطباعة المنخفضة جدًا الأداء المطلوب. في سرعات الطباعة المنخفضة ، تكون جودة الطباعة مقبولة ، لكن هذا يمكن أن يؤثر سلبًا على التصاق الطبقة الداخلية (ستبرد الطبقات السفلية حتى يصل الطارد إلى الحلقة مرة أخرى). السرعة المثلى وفقًا للشكل 50 لارتفاع طبقة معينة هي 1 مم / ثانية. وتجدر الإشارة إلى أن سرعات الطباعة المثلى هذه مناسبة فقط لسمك طبقة مادية معينة.

سرعة السفر - سرعة حركة الطارد في الوقت الذي يتم فيه إيقاف تشغيل إمداد المواد ، على سبيل المثال ، عند التدحرج إلى محيط جديد. يتم ضبطه بالإضافة إلى ذلك مع تسريع الحركة. كلما كانت بداية الحركة أكثر وضوحًا ، كان من الأفضل تأثير هذه الحقيقة على كسر خيط اللدائن الحرارية المتدفقة. ومع ذلك ، يمكن أن تؤدي البداية المفاجئة جدًا إلى إزاحة الحزام ، مما يضمن حركة الطارد. يمكن لهذه المعلمة تسريع عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد بشكل كبير ، لكنك تحتاج إلى فهم قدرات وحالة الجهاز بدقة من أجل العمل مع هذه المعلمة كحد أقصى.

خفض الجدول عند الحركة - من الضروري حتى لا يلمس الطارد الجزء المطبوع من الكائن عند الحركة.

المسار مُبرمج في برنامج خاص ، حيث يتم تعيين جميع معلمات الطباعة المذكورة أعلاه والإضافية. يوضح الشكل 24 مثالاً لتطبيق مادة على طول مسارات مختلفة.

الشكل 24 - تطبيق طبقات من المواد على طول مسارات مختلفة

2.2 تأثير أنماط الطباعة ثلاثية الأبعاد على خصائص قوة بلاستيك ABS. إيجاد القيم المثلى

يمكن أن تحتوي المادة التي تم الحصول عليها عن طريق طباعة FDM على بنية مختلفة ، ولكنها ستتألف بالضرورة من مجموعة من الأحجام ذات خيوط مثبتة بشكل أحادي الاتجاه. يتم تحديد ذلك من خلال الميزات التكنولوجية لتنفيذ طباعة FDM. لذلك ، من أجل تحديد خصائص قوة المادة التي تم الحصول عليها عن طريق طباعة FDM ، من الضروري ، أولاً وقبل كل شيء ، التحقق من قوة مادة النموذج مع الخيوط الموضوعة بشكل أحادي الاتجاه. من أجل تقييم خصائص قوة المادة وتباين الخصائص ، يجب إجراء الاختبارات على طول وعبر اتجاه وضع الخيوط ، وكذلك لاختبار الخيوط نفسها للمقارنة مع بيانات الشركة المصنعة [7].

لاختبار الخيوط التي تم الحصول عليها عن طريق البثق من خلال فوهة الطارد للطابعة ثلاثية الأبعاد ، تم استخدام خيوط أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS) 3 مم من شركة POLYLAC CHI MEI CORPORATION التايوانية كمواد أولية. من أجل بثق الشعيرة التجريبية ، تم استخدام نفس الملف لتصنيع عينات من مادة النموذج [1,75]. تم بثق الفتيل من خلال فوهة عاملة لطابعة ثلاثية الأبعاد بقطر 707 مم. كان معدل تحميل العينات 8 مم / دقيقة. يوضح الشكل 3 رسمًا تخطيطيًا لعينات لاختبار الخيوط المبثوقة.

الشكل 25 - منظر لعينة لاختبار الخيوط المبثوقة

يحتوي الرسم التخطيطي لتحميل الخيط المبثوق على الشكل التالي (الشكل 26) ، على غرار الرسم التخطيطي لتحميل العينات على طول وضع الخيوط.

الشكل 26 - رسم تخطيطي لتحميل عينات الفتيل المبثوق

أظهرت نتائج الاختبار أن متوسط ​​قوة الخيط المبثوق (47,8 ميجا باسكال) قريب من بيانات جواز السفر للمادة (48,8 ميجا باسكال) ، لكن قيم قوة الخيط لها تبعثر واسع - من 38,8 إلى 90,5 الآلام والكروب الذهنية (الجدول 1) ... متوسط ​​الاستطالة النسبية للخيوط عند نقطة الإنتاج (27,5٪) قريب من بيانات جواز السفر للمادة (20٪). ومع ذلك ، فإن عددًا من الخيوط تتكسر تقريبًا ، بينما في حالات أخرى تقترب الاستطالة النسبية من 100٪. يمكن أن يؤدي انتشار خصائص القوة والتشوه للخيوط المبثوقة إلى انتشار قوة المادة التي تكونت بواسطة طباعة FDM.

الجدول 1 - نتائج اختبار الخيوط التي تم الحصول عليها بالبثق من خلال فوهة رأس العمل للطابعة ثلاثية الأبعاد

№
ع / ع		 d0 d* S0 S* Рماكس Р*p σ*p σجهاز كمبيوتر l* Δl ε
/مم/ /مم/ /مم2/ /مم2/ / ن / / ن / [الآلام والكروب الذهنية] [الآلام والكروب الذهنية] /مم/ /مم/ /٪ /
1 0,46 0,46 0,166 0,166 6,909 6,37 38,33 41,57 15,9 0,9 6,00%
2 0,47 0,29 0,173 0,066 7,889 5,98 90,53 45,47 29,2 14,2 94,67%
3 0,46 0,44 0,166 0,152 6,811 5,98 39,33 40,98 18,5 3,5 23,33%
4 0,45 0,44 0,159 0,152 6,703 6,17 40,58 42,15 16,9 1,9 12,67%
5 0,47 0,46 0,173 0,166 7,350 6,47 38,93 42,36 16,7 1,7 11,33%
6 0,45 0,35 0,159 0,096 7,056 5,49 57,06 44,37 21,1 6,1 40,67%
7 0,45 0,45 0,159 0,159 6,174 6,17 38,79 38,82 15,1 0,1 0,67%
8 0,44 0,43 0,152 0,142 6,272 5,88 41,45 41,25 15,7 0,7 4,67%
9 0,44 0,36 0,152 0,102 6,664 5,49 53,94 43,83 25,2 10,2 68,00%
10 0,46 0,45 0,166 0,156 7,301 6,08 39,09 43,93 16,9 1,9 12,67%

 

تم أخذ شكل وأبعاد عينات اختبارات الشد وفقًا لـ GOST 11262-2017 Plastics. طريقة اختبار الشد. للبحث ، تم اختيار عينة من النوع الثاني (شكل 27) [9].

الشكل 27 - رسم تخطيطي لعينة اختبار الشد

تم إنشاء النموذج ثلاثي الأبعاد لعينات الاختبار في CAD من Autodesk Inventor بناءً على الرسم ، ثم تم تحويله إلى تنسيق .stl مناسب للطباعة ثلاثية الأبعاد (الشكل 3).

الشكل 28 - نموذج ثلاثي الأبعاد لعينة للاختبار وفقًا لـ GOST 3-11262 type 80

تتيح لك الطباعة ثلاثية الأبعاد إنتاج عينات على الفور لاختبارات قوة الشد ، وتجاوز مراحل الحصول على قطعة عمل أولية والقطع اللاحق للعينات منها. تم إعداد إجراء وضع الخيط (G-code) في برنامج Simplify3D الإصدار 3 وفقًا لـ GOST 4.0-20999 "أجهزة التحكم الرقمية لمعدات تشغيل المعادن. ترميز معلومات برامج التحكم "مع مراعاة موقع الخيوط في جزء العمل من العينة على طول أو عبر اتجاه التمدد. يوضح الشكلان 83 و 29 الاختلاف في موضع النموذج على طاولة الطابعة ثلاثية الأبعاد.

الشكل 29 - لقطة شاشة لبرنامج Simplify3D مع ترتيب الخيوط في جزء العمل من العينة عبر اتجاه التوتر

الشكل 30 - لقطة شاشة لبرنامج Simplify3D مع ترتيب الخيوط في جزء العمل من العينة على طول اتجاه التوتر

تم تنفيذ الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام شعيرات أحادية مصنوعة من بلاستيك ABS + تم تصنيعها بواسطة StreamPlast ، ويتم توفيرها وفقًا للشروط الفنية - TU 3-2291-001-24687042. وفقًا لهذه المواصفات ، يجب أن تتمتع الخيوط الأحادية بقوة شد لا تقل عن 2016 ميجا باسكال ويجب أن تتم الطباعة في نطاق درجة حرارة 48-2200تم إجراء طباعة FDM على طابعة PicasoXPro ثلاثية الأبعاد بقطر فوهة الطارد 3 مم. قبل الطباعة ، من أجل تحسين التصاق المادة ، تمت تغطية الطاولة بمجلد خاص من ماركة The0,4D. كانت درجة حرارة الطاولة 30C ودرجة حرارة فوهة الطارد 2400C.

تمت الطباعة بثلاثة أوضاع:

الوضع 1: بسرعة فوهة الطارد V.с= 30 مم / ثانية وسماكة طبقة الخيط الموضوعة حوما يليها= 100 ميكرومتر ؛

الوضع 2: بسرعة فوهة الطارد V.с= 45 مم / ثانية وسماكة طبقة الخيط الموضوعة حوما يليها= 150 ميكرومتر ؛

الوضع 3: بسرعة فوهة الطارد V.с= 60 مم / ثانية وسماكة طبقة الخيط الموضوعة حوما يليها= 200 ميكرومتر ؛

تم اختبار العينات التي تم الحصول عليها من أجل مقاومة الشد بسرعة نشر مشابك آلة الاختبار المقابلة لـ 1 ± 0,5 مم / ثانية (الحد الأدنى لسرعة نشر مشابك آلة الاختبار ، المنصوص عليها في GOST 11262-80).

تظهر البيانات التجريبية حول نتائج اختبار المواد التي تم الحصول عليها عن طريق طباعة FDM باستخدام بلاستيك ABS ، على طول وعبر وضع الخيوط في الشكل 31.

الشكل 31 - اعتماد قوة الشد σр لمادة نموذجية مع وضع خيوط طولية وعرضية ، تم الحصول عليها في ظل أوضاع مختلفة للطباعة ثلاثية الأبعاد

من البيانات المقدمة ، يمكن ملاحظة أن قوة الشد للمادة التي تم الحصول عليها من خلال جميع الأوضاع الثلاثة للطباعة ثلاثية الأبعاد في اتجاه وضع الخيوط قريبة من قيمها وتقع عند مستوى 3-30 ميجا باسكال. إذا استخدمنا بيانات الشركة المصنعة حول قوة الخيوط الأحادية المستخدمة في طباعة FDM (44 ميجا باسكال) ، فإن هذه القيم تكون أقل بحوالي 48,8٪. ومع ذلك ، من أجل إجراء مقارنة أكثر دقة بين مستويات القوة لهاتين المادتين ، من الضروري توضيح كيفية توافق ظروف اختبار الأغشية الأحادية مع ظروف تحميلها في مادة النموذج.

تكون قوة مادة النموذج عبر الخيوط أقل بكثير وتعتمد بقوة أكبر على أوضاع طباعة FDM (الشكل 31). تؤثر سرعة فوهة الطارد جنبًا إلى جنب مع سمك الطبقة المطبقة على قوة التصاق الشعيرات [10]. هذا بسبب انتشار الحرارة من الفوهة إلى المادة. عند سرعة طباعة عالية ، في أي وقت ، يتم نقل حرارة أقل إلى البلاستيك عند نقطة معينة مقارنة بالسرعة المنخفضة. إذا قمت بطباعة طبقة صغيرة بسرعة منخفضة ، فقد ينبعث الكثير من الحرارة. سيؤدي ذلك إلى زيادة الالتصاق ، ولكن سيكون هناك خطر حدوث عيوب ترهل البلاستيك. على العكس من ذلك ، إذا كنت تقوم بالطباعة ثلاثية الأبعاد بسماكة أعلى للطبقة وبسرعة عالية ، فقد لا تكون الحرارة كافية لتكوين التصاق جيد بين الشعيرات.

تم تأكيد هذا الافتراض من خلال البيانات التجريبية التي تم الحصول عليها (الشكل 31). في الوضع 1 (الحد الأدنى لسرعة الطباعة وسماكة الطبقة الموضوعة) ، تكون قوة مادة النموذج عبر وضع الخيوط في حدها الأدنى وتبلغ 7-15 ميجا باسكال (72٪ من قوة المادة على طول الطبقة) من الخيوط) ، في الوضع 2-10-16 ميجا باسكال (66٪ من مادة القوة على طول وضع الخيوط) وفي الوضع 3 - 26-31 ميجا باسكال (16٪ من قوة المادة على طول وضع الخيوط الخيوط).

عينات من المواد النموذجية مع وضع خيوط طولية وعرضية لها نوع مختلف من مخطط التوتر وسطح الكسر (الشكل 32).

الشكل 32 - أنواع مخططات الشد للعينات مع وضع خيوط عرضية (يسار) وطولية (يمين)

 

إذا كان مخطط الشد للعينات ذات التعبئة الخيطية المستعرضة له شكل مميز للكسر الهش ، فعندئذ في مخطط الشد للعينات مع تعبئة الشعيرات الطولية ، بعد انخفاض طفيف في قوة الشد ، بعد الوصول إلى الحد الأقصى ، يلاحظ انخفاضها التدريجي حتى لحظة فشل العينة.

العينات ذات التعبئة الليفية المستعرضة لها سطح كسر مسطح تمامًا (الشكل 33) ، في حين أن العينات ذات التعبئة الليفية الطولية (الشكل 34) لها سطح كسر متطور.

الشكل 33 - سطح التدمير عبر وضع الخيوط

الشكل 34 - سطح التدمير على طول وضع الخيوط

عند فحص مكامن الخلل هذه على مجهر بصري ، يمكن ملاحظة أن تدمير المادة بالطبقة العرضية للألياف يحدث في مستوى واحد (الشكل 35) على طول سطح الخيوط الموضوعة. إن كسر مادة النموذج مع وضع الألياف الطولي (الشكل 36) له طابع متطور. يستمر الكسر في مستويات مختلفة ، ويلاحظ عند الكسر مناطق تراكم الضرر والمناطق المسطحة المميزة لانتشار الشق الرئيسي.

الشكل 35 - كسر العينة مع وضع عرضي للخيوط تحت المجهر

الشكل 36 - كسر العينة مع وضع الشعيرات الطولية تحت المجهر

2.3 الخاتمة حسب الفصل

بناءً على البيانات التي تم الحصول عليها ، من الممكن استخلاص استنتاجات وسيطة حول قوة مادة النموذج التي تم الحصول عليها عن طريق طباعة FDM باستخدام بلاستيك ABS:

- تكون القيم القصوى لقوة مادة العينات عند اختبارها على طول وضع الخيوط قريبة من قوة الخيوط المفردة التي يتم الحصول عليها عن طريق بثق البلاستيك من فوهة عمل طابعة ثلاثية الأبعاد ؛

- مع زيادة سرعة فوهة الطارد وسماكة طبقة البوليمر التي يتم وضعها ، تقل قوة مادة العينات عند اختبارها على طول وضع الخيوط بنسبة 16٪ (من 41 ميجا باسكال إلى 34 ميجا باسكال) ؛

- لوحظ أكبر اختلاف في خصائص قوة مادة العينات عند اختبارها على طول وضع الخيوط عندما تكون سرعة فوهة الطارد 45 مم / ثانية وسمك طبقة الخيط الموضوعة يساوي 150 ميكرون.

- مع زيادة سرعة فوهة الطارد وسماكة طبقة البوليمر الموضوعة ، تزداد قوة مادة العينات عند اختبارها عبر وضع الخيوط ثلاثة أضعاف تقريبًا (من 10 ميجا باسكال إلى 29,6 ميجا باسكال) ؛

- عينات من المواد النموذجية مع وضع خيوط طولية وعرضية لها طبيعة ونوع مختلف من سطح الكسر. تشير الأنواع المختلفة من المخططات لأسطح الشد والكسر للعينات ذات الخيوط المستعرضة والطولية إلى اختلاف في الآليات التي تحدث في المادة عند تحميلها ؛

- مع التمديد العرضي ، لوحظ وجود سطح مسطح تمامًا من التدمير عند تقاطع الخيوط الملحومة ، وبالتالي فإن مقدار الالتصاق بينهما هو العامل الأكثر أهمية الذي يؤثر على قيمة القوة.

- في حالة التمديد الطولي ، يكون لكسر المادة طابع متطور مع كل من مناطق تراكم الضرر ومناطق الانتشار الرئيسي للشقوق.

- يجب اعتبار المادة ذات الترتيب الطولي للخيوط في مزيد من الدراسات كحزمة من الألياف المتصلة ، والتي يمكن أن تكشف عن آليات تدمير هذه المادة.

- تبين أن الوضع 3 هو الأكثر نجاحًا بالنسبة لنا ، نظرًا لأن سرعة الطباعة العالية تتيح لنا تحقيق إنتاجية جيدة ، في حين أن القوة يمكن مقارنتها بأوضاع الطباعة الأخرى.

3 التنفيذ العملي لنتائج البحث التي تم الحصول عليها من خلال مثال تصنيع بكرات داعمة لمروحة كاتربيلر

3.1 تطوير تكنولوجيا تصنيع بكرات دعم الجنزير من بلاستيك ABS

عند تحليل الفصول السابقة من هذه المذكرة ، يمكن فهم أن الطباعة ثلاثية الأبعاد تستخدم منذ فترة طويلة في الهندسة الميكانيكية لتصنيع الأجزاء. اختبرنا العينات المطبوعة ثلاثية الأبعاد. أظهرت النتيجة أن هذه الأجزاء قابلة للمقارنة في القوة مع الأجزاء البلاستيكية المصبوبة. تلخيصًا لحقيقة أنه من الممكن تصنيع منتجات ذات نطاق محدود عن طريق الطباعة ثلاثية الأبعاد وخصائص قوة المادة التي تم الحصول عليها بواسطة طريقة الطباعة FDM ، يمكن القول بأن الطباعة ثلاثية الأبعاد مناسبة لتصنيع أجزاء الهندسة الميكانيكية. لتأكيد النظرية أو دحضها ، اتخذنا كأساس إحدى المهام الحقيقية - تصميم بكرة داعمة لآلية كاتربيلر. كانت مهمتنا إنشاء مخطط انسيابي لتصنيع بكرة داعمة باستخدام عمليات مضافة بكل مزاياها. كبيانات أولية ، تم تزويدنا بأسطوانة موجودة ، والتي يتم تصنيعها بواسطة أنواع بديلة من إنتاج المعادن. لتنفيذ هذا المشروع ، تم التحقيق في عدد كبير من العمليات التكنولوجية وتم وضع خطة تنفيذ المشروع: المسح ثلاثي الأبعاد والهندسة العكسية والتصميم التوليدي وتحسين الهيكل وتحليل الضغط والطباعة ثلاثية الأبعاد.

3.2 تصنيع بكرات تدعم الجنزير
3.2.1 المسح ثلاثي الأبعاد

المسح ثلاثي الأبعاد هو طريقة للحصول على بيانات عن شكل وحجم كائن في التمثيل المكاني عن طريق تسجيل إحداثيات x و y و z للنقاط على سطح الكائن وتحويل مجموعة من النقاط إلى نموذج هندسي إلكتروني باستخدام برنامج متخصص. ].

استخدمنا ماسحًا ضوئيًا RangeVision Spectrum لإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد وأخذ الأبعاد الفعلية للفيديو الأصلي. مع أبعاد الأسطوانة ، لم يكن خطأ القياس أكثر من 0,17 مم. يوجد أدناه سحابة نقطية تم التقاطها بواسطة ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد (الشكل 3) ونموذج مُعالج مسبقًا بمسح مخيط (الشكل 36).

الشكل 36 - نقطة سحابة بعد مسح ثلاثي الأبعاد

الشكل 37 - نموذج ثلاثي الأبعاد مخيط مسبقًا بعد مسح ثلاثي الأبعاد

3.2.2 الهندسة العكسية

تتكون عملية الهندسة العكسية من "التفاف" متسلسل للسحابة النقطية والنموذج متعدد الأضلاع ثلاثي الأبعاد بأسطح محددة بواسطة الصيغ ، ونتيجة لذلك يظهر نموذج ثلاثي الأبعاد صلب.

بالنسبة لعملية الهندسة العكسية ، استخدمنا برنامج AutoDeskInventor و Fusion360. يوضح الشكلان 38 و 39 أدناه لقطات شاشة للبرنامج مع نموذج ثلاثي الأبعاد للفيديو الناتج.

الشكل 38 - نتيجة الهندسة العكسية

الشكل 39 - نموذج صلب للأسطوانة بتنسيق .stp

يوجد أدناه أيضًا رسم لأسطوانة الدعم الأصلية بناءً على النموذج ثلاثي الأبعاد الناتج (الشكل 3).

الشكل 40 - رسم الفيديو الأصلي

3.2.3 التصميم التوليدي

لتقليل كتلة جزء في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يتم استخدام التصميم التوليدي - وهذا نهج لتصميم المنتج ، والذي يتكون من إجراء تغييرات على التصميم أو الجزء ، واستبدال المواد الصلبة بعناصر بسيطة من أي شكل تتكرر في الحجم وذلك لتقليل كتلة المنتج بشرط أن توفر له متطلبات القوة [3].

تتمثل فكرة التصميم التوليدي في إزالة المواد الزائدة في ظل ظروف تحميل محددة ، نظرًا لأن الطباعة ثلاثية الأبعاد تجعل من الممكن تصنيع منتجات من أي شكل تقريبًا. يجعل استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد التصميم التوليدي ممكنًا ومجديًا ، نظرًا لأنه من الممكن فقط الحصول على شكل معين باستخدام هذه الطريقة.

تم تنفيذ التصميم التوليدي باستخدام برنامج AltairOptiStruct ، وتم دمج ظروف تشغيل الجزء في البرنامج.

ظروف تشغيل البكرات:

تتبع السرعة دون الانزلاق 15 م / ث
تحميل الأسطوانة كغ 42
مادة الأسطوانة

ABS StreamPlast

 

توضح الأشكال أدناه الاختلافات في إنشاء تصميم المنتج التوليدي (الشكل 41)

الشكل 41 - مثال على التصميم التوليدي لمختلف الاختلافات

بالنسبة للنموذج ثلاثي الأبعاد ذي الهندسة العكسية لأسطوانة الدعم ، تم تنفيذ تصميم توليدي بهدف إعادة الهيكلة لتقليل كتلة الأسطوانة. تظهر النتيجة في الشكل 3 ، يظهر قسم من النموذج الذي تم الحصول عليه في الوضع التلقائي في الشكل 42.

الشكل 42 - نتيجة اختيار التصميم التوليدي للأسطوانة الداعمة في الوضع التلقائي

الشكل 43 - قسم من نموذج ثلاثي الأبعاد لأسطوانة تصميم توليدي

3.2.4 تحسين طوبولوجيا السطح وهيكل الشبكة

أنشأ البرنامج نموذجًا ثلاثي الأبعاد وفقًا للبيانات المقدمة ، ولكن تبين لاحقًا أن النموذج الناتج لم يكن مناسبًا لطباعة FDM نظرًا لشكله دون الأمثل. ثم يتم تغيير النموذج بعد التصميم التوليدي يدويًا. تسمى هذه التغييرات تحسين الهيكل - وهي عملية في تصميم المنتجات ، والتي تتمثل في إجراء تغييرات على هيكل أو جزء مع إنشاء حدود جديدة لحجم الجسم وإزالة الموجودة ، من أجل تحسينها وفقًا لـ معايير تقليل الكتلة والصلابة القصوى وطيف الترددات الطبيعية ، مع الحفاظ على متطلبات القوة المقدمة له. [3] يظهر مثال على تحسين الهيكل في الشكل 11. كقاعدة عامة ، يحدث هذا في نظام AutoCAD Inventor CAD: يقوم أحد المتخصصين بتصحيح الأجزاء الضرورية من نموذج ثلاثي الأبعاد وإرسالها لمزيد من المعالجة.

الشكل 44 - مثال على تحسين الهيكل بعد التصميم التوليدي

تعرضت أسطوانة الدعم أيضًا إلى تحسين الهيكل اليدوي (الشكل 45) ، وتم الحصول على رسم للنموذج الأمثل (الشكل 46).

الشكل 45 - بكرة الدعم بعد تحسين الهيكل

الشكل 46 - رسم الفيديو بعد تحسين الهيكل
جنبا إلى جنب مع التصميم التوليدي ، يعد إعداد الهيكل الداخلي للمادة سمة مميزة. يمكن تعريف الهيكل الداخلي على أنه قرص عسل أو شعرية أو هيكل خاص (الشكل 47). تم استخدام Ansys Mechanical لتحديد الهيكل الداخلي لفراغات بكرات الدعم.

الشكل 47 - مثال على الهياكل الشبكية عند تحسين الهيكل

عند تكوين بنية خلوية ، أوصى البرنامج باستخدام سمك جدار 2 مم ، ووضع هيكل خلوي بالداخل ، مناسب من وجهة نظر الطباعة ثلاثية الأبعاد بالمسحوق ، ولكنه غير مناسب للطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام تقنية FDM. تقرر تشكيل هيكل الفراغات داخل الجزء مباشرة في البرنامج لإعداد برنامج تحكم لطابعة ثلاثية الأبعاد مع بيانات مماثلة تم الحصول عليها من برنامج Ansys Mechanical (الشكل 3).

الشكل 48 - بنية الشبكة المحددة يدويًا في برنامج Simplify3D

3.2.5 تحليل الإجهاد

بناءً على النموذج ثلاثي الأبعاد النهائي ، تم إجراء تحليل الإجهاد في برنامج AutoDeskInventor. يتم تقديم تقارير التحليل في الملحق أ ، الملحق ب ، الملحق ج ، الملحق د. لم يأخذ البرنامج في الاعتبار عوامل الاهتزازات والاحتكاك ودرجة الحرارة كبيانات أولية ، لذلك كان مطلوبًا وجود عامل أمان كبير لمراعاة جميع العوامل الممكنة . من خلال تحليل البيانات ، يمكننا أن نرى أن الحد الأدنى لعامل الأمان اللحظي هو 7,42. في الوقت نفسه ، تزن الأسطوانة 296 جرامًا ، أي أقل مرتين تقريبًا مما لو قمنا بطباعة الأسطوانة دون تحسين طوبولوجيا السطح ولم نستخدم تقنيات التصميم التوليفية.

3.2.6 إنتاج دفعة تجريبية

بعد استلام النموذج النهائي الذي يلبي جميع المعايير ، يمكنك إعداد برنامج تحكم لطابعة ثلاثية الأبعاد. يمكن دمج برامج التحكم مع برنامج الطابعة ثلاثية الأبعاد أو شراؤها بشكل منفصل لتحديد إعدادات الطباعة بمزيد من التفاصيل. في هذه الحالة ، تم تحضير G-code في برنامج Simplify3D. تمت الطباعة على طابعات PicasoDesignerXPro ثلاثية الأبعاد. قطر الفوهة 3 مم وارتفاع الطبقة 3 مم وسرعة الطباعة 3 مم / ثانية. بعد الطباعة ثلاثية الأبعاد ، تم تثبيت الأسطوانات (الشكل 0.4) واختبارها لمدة خدمة كاملة تبلغ 0,2 أشهر. بعد الاختبارات الناجحة ، تم بيع مجموعة من المنتجات (الشكل 60).

الشكل 49 - بكرات منتهية للاختبار على الآلات

الشكل 50 - جزء من مجموعة بكرات الدعم النهائية

3.3 استنتاجات الفصل

تم إنشاء مخطط تدفق لتصنيع منتج وظيفي نهائي من خلال طريقة التصنيع الإضافي باستخدام تقنية FDM باستخدام أساليب التصميم التوليدي وطرق تحسين الهيكل. في الممارسة العملية ، تم التحقق من إمكانية تنفيذ نتائج البحث التي تم الحصول عليها من خلال مثال تصنيع بكرات داعمة لمروحة كاتربيلر. تم عمل مجموعة تجريبية من البكرات المعدة للتشغيل خلال فترة 3 أشهر المتفق عليها.

الخلاصة

بناءً على ما سبق ، توصلنا إلى استنتاج مفاده أن الطباعة ثلاثية الأبعاد هي تقنية قابلة للتطبيق على نطاق واسع في مختلف المجالات ، بما في ذلك الهندسة الميكانيكية. لقد وضعنا افتراضًا وأظهرنا إمكانية استخدام تقنية الطباعة FDM3D لتصنيع منتجات هندسية وظيفية.

تم إجراء دراسات لقوة مادة النموذج التي تم تكوينها بواسطة طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد ومقارنتها بالمواصفات المقدمة من قبل الشركات المصنعة للمواد الاستهلاكية.

بتطبيق نهج التصلب من خلال التصميم التوليدي وتحسين الهيكل ، تمكنا من تقليل وزن المنتج بشكل كبير ، مع الحفاظ على الخصائص الميكانيكية المطلوبة في ظل ظروف التحميل التي كانت مطلوبة في مواصفات العميل.

تم تأكيد جميع البيانات المحسوبة للدراسة في الممارسة.

قائمة المصادر المستخدمة

  1. Zlenko MA ، Popovich AA ، Mutylina I.N. التقنيات المضافة في الهندسة الميكانيكية. سانت بطرسبرغ: دار نشر جامعة البوليتكنيك ، 2013 ص.
  2. Valetov V.A. التقنيات المضافة (الحالة والآفاق). الدورة التعليمية. سانت بطرسبرغ: جامعة ITMO ، 2015 ص.
  3. شكورو A.E. ، Krivonogov PS. تقنيات ومواد الطباعة ثلاثية الأبعاد. يكاترينبورغ: الأورال. حالة هندسة الغابات. un-t. 3 ص.
  4. سيرجيف أ. الطابعات ثلاثية الأبعاد في الطب - مجال التطبيق وآفاق تطوير الطباعة [مورد إلكتروني] // مجلة العلوم الشعبية. 3 أبريل. URL: https: //www.sciencedebatecom/2017d-printery-v-meditsine-oblast-primeneniya-i-perspektivy-razvitiya-pechati/#25 (تاريخ الوصول: 3)
  5. كامونيتشكين د. طباعة ثلاثية الأبعاد للقوالب الجراحية [مصدر إلكتروني] // موقع مركز التصنيع الإضافي. 3. 2018 مارس. عنوان URL: https://studia15d.com/hirurgshablon/ (تاريخ الوصول: 3/30.04.2019/XNUMX)
  6. Kamonichkin D.T. نسبة التعبئة في الطباعة ثلاثية الأبعاد [مورد إلكتروني] // موقع مركز تصنيع المواد المضافة. 3 فبراير. URL: http://st2017d.ru/04-zapolnenie/ (تاريخ الوصول: 3)
  7. Kamonichkina NV، Kocheshkov I.V. التحقيق في خصائص قوة مادة النموذج التي تم الحصول عليها بواسطة طريقة الطباعة FDM // التقنيات المضافة. رقم 3. س 39-43.
  8. Narisava I. قوة المواد البوليمرية. م: الكيمياء. 400 ثانية.
  9. GOST 11262-2017 (ISO 527-2: 2012) بلاستيك. طريقة اختبار الشد
  10. بتروف في إم ، بيسبالتشوك إس إن ، ياكوفليف س. حول تأثير الهيكل على قوة المنتجات البلاستيكية التي تم الحصول عليها من خلال طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد // نشرة جامعة الولاية للبحار وأسطول النهر الذي يحمل اسم الأدميرال S.O. ماكاروف. 3. N 2017.S. 4-765.
  11. GOST R 57911-2017 المنتجات التي تم الحصول عليها بطريقة العمليات التكنولوجية المضافة. المصطلحات والتعريفات
  12. GOST R 57558-2017 / ISO / ASTM 52900: 2015 عمليات التصنيع المضافة. المبادئ الأساسية. الجزء 1. المصطلحات والتعاريف

تنزيل العرض التقديمي. 

قم بتنزيل تطبيق AD. 

به: , , , , , , , , ,