Процессы и аппараты химической технологии. Учебнопрактическое пособие для самостоятельной работы студентов СанктПетербург 2017
 Скачать 7.73 Mb.
|
|
4.2. ТЕХНОЛОГИЯ 3D ПЕЧАТИ 3D печать – это выполнение ряда повторяющихся операций, связанных с созданием объёмных моделей путём нанесения на рабочий стол установки тонкого слоя расходных материалов, смещением рабочего стола вниз на высоту сформированного слоя и удалением с поверхности рабочего стола отработанных отходов. Циклы печати непрерывно следуют друг за другом: на предыдущий слой материалов наносится следующий слой, стол снова опускается и так повторяется до тех пор, пока на элеваторе (так называют рабочий стол, которым оснащён 3D принтер) не окажется готовая модель. Существует несколько технологий 3D печати, которые отличаются друг от друга по типу прототипирующего материала и способам его нанесения. В настоящее время наибольшее распространение получили следующие технологии 3D печати: стереолитография, лазерное спекание порошковых материалов, технология струйного моделирования, послойная печать расплавленной полимерной нитью, технология склеивания порошков, 54 ламинирование листовых материалов и УФ-облучение через фотомаску. Охарактеризуем перечисленные технологии подробнее. 4.2.1. ТЕХНОЛОГИЯ СТРУЙНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ Технология моделирования или InkJetModelling имеет следующие запатентованные подвиды: 3D Systems (Multi-JetModeling или MJM), PolyJet (ObjetGeometries или PolyJet) и Solidscape (Drop-On-Demand-Jet или DODJet). Перечисленные технологии функционируют по одному принципу, но каждая из них имеет свои особенности. Для печати используются поддерживающие и моделирующие материалы. К числу поддерживающих материалов чаще всего относят воск, а к числу моделирующих – широкий спектр материалов, близких по своим свойствам к конструкционным термопластам. Печатающая головка 3D принтера наносит поддерживающий и моделирующий материалы на рабочую поверхность, после чего производится их фотополимеризация и механическое выравнивание. Технология струйного моделирования позволяет получить окрашенные и прозрачные модели с различными механическими свойствами, это могут быть как мягкие, резиноподобные изделия, так и твёрдые, похожие на пластики. Преимущества данной технологии: - быстрая 3d печать; - точное воспроизводство прототипов; - высокая прочность построения прототипа. Недостатки: печатает только с использованием фотополимера, дорогой пластик. 55 4.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ В AUTOCAD Программа «AutoCAD» позволяет быстро и эффективно создавать различные проекты с помощью мощных систем документации. Программа «AutoCAD» многократно сокращает время на проверку чертежей. Для промышленного двухмерного проектирования данная программа предлагает самые эффективные инструменты. Специализированные, мощные графические пакеты, которые создаются на базе данной программы, отлично подходят для архитекторов и строителей. 4.3.1. ОСНОВНЫЕ КОМАНДЫ AUTOCAD ЦИЛИНДР Центр основания или [3Т/2Т/ККР/Эллиптический]: Радиус основания или [Диаметр] <2.0000>: 2 Высота или [2Точки/Конечная точка оси] <100.0000>: 100 Команда: выч ВЫЧИТАНИЕ Выберите тела, поверхности и области, из которых будет выполняться вычитание Выберите объекты: Возобновляется команда ВЫЧИТАНИЕ. Выберите объекты: Возобновляется команда ВЫЧИТАНИЕ. Выберите объекты: найдено: 1 Выберите объекты: Выберите тела, поверхности или области для вычитания .. Выберите объекты: Возобновляется команда ВЫЧИТАНИЕ. Выберите объекты: Возобновляется команда ВЫЧИТАНИЕ. 56 Выберите объекты: Возобновляется команда ВЫЧИТАНИЕ. Выберите объекты: найдено: 1 Выберите объекты: ** ПЕРЕНЕСТИ ** Точка переноса или [Базовая точка/Копировать/ОТменить/выХод]: Для пересечения выбрано избыточное число объектов Команда: *Прервано* Команда: _u '.3DPAN2 Команда: _u '.3DPAN2 Команда: _u '.3DPAN2 Команда: _u '.ОПЕРАЦИЯ ВИДОВОГО КУБА Команда: _u '.ACGZDRAGACTION Команда: Команда: ВЫБРАТЬ Выберите объекты: найдено: 1 Выберите объекты: Команда: ВЫБРАТЬ Найдено: 1 Команда: ВЫБРАТЬ Найдено: 1 Команда: ВЫБРАТЬ Найдено: 1 Команда: *Прервано* Команда: *Прервано* Команда: ВЫЧ 57 ВЫЧИТАНИЕ Выберите тела, поверхности и области, из которых будет выполняться вычитание Выберите объекты: *Прервано* Команда: *Прервано* Команда: *Прервано* Команда: *Прервано* Команда: *Прервано* Команда: ВЫБРАТЬ Выберите объекты: *Прервано* Команда: ВЫЧ ВЫЧИТАНИЕ Выберите тела, поверхности и области, из которых будет выполняться вычитание Выберите объекты: найдено: 1 Выберите объекты: найдено: 1 (1 повторно), всего: 1 Выберите объекты: Выберите тела, поверхности или области для вычитания Выберите объекты: найдено: 1 Выберите объекты: Тела, поверхности или области не выбраны. Команда: _group найдено: 2 Создана группа без имени. Команда: _u '.3DPAN2 Команда: _u INTELLIZOOM INTELLIZOOM Команда: _u Группа ГРУППА Команда: _u '.3DPAN2 ** ПЕРЕНЕСТИ ** Точка переноса или [Базовая точка/Копировать/ОТменить/выХод]: *Прервано* Команда: _u '.ACGZDRAGACTION Команда: _u 58 Команда: _u INTELLIZOOM INTELLIZOOM INTELLIZOOM INTELLIZOOM INTELLIZOOM Команда: _u ВЫЧИТАНИЕ Команда: _u ВЫБРАТЬ Команда: _u ВЫЧИТАНИЕ Команда: _u ВЫБРАТЬ Команда: _u ВЫБРАТЬ Команда: _u ВЫБРАТЬ Команда: _u INTELLIZOOM INTELLIZOOM Команда: _u ВЫБРАТЬ Команда: _u INTELLIZOOM INTELLIZOOM INTELLIZOOM Команда: _.undo Текущие настройки: Авто = Вкл, Управление = Все, Объединить = Есть, Слой = Есть Количество отменяемых операций или [Авто/Управление/Начало/Конец/Метка/Обратно] <1>: 1 '.3DPAN2 Команда: _.undo Текущие настройки: Авто = Вкл, Управление = Все, Объединить = Есть, Слой = Есть Количество отменяемых операций или [Авто/Управление/Начало/Конец/Метка/Обратно] <1>: 1 INTELLIZOOM INTELLIZOOM Команда: Команда: Команда: _.undo Текущие настройки: Авто = Вкл, Управление = Все, Объединить = Есть, Слой = Есть Количество отменяемых операций или [Авто/Управление/Начало/Конец/Метка/Обратно] <1>: 1 Команда: _.undo Текущие настройки: Авто = Вкл, Управление = Все, Объединить = Есть, Слой = Есть Количество отменяемых операций или [Авто/Управление/Начало/Конец/Метка/Обратно] <1>: 1 '.3DPAN2 59 Команда: _.undo Текущие настройки: Авто = Вкл, Управление = Все, Объединить = Есть, Слой = Есть Количество отменяемых операций или [Авто/Управление/Начало/Конец/Метка/Обратно] <1>: 1 '.3DPAN2 Команда: _.undo Текущие настройки: Авто = Вкл, Управление = Все, Объединить = Есть, Слой = Есть Количество отменяемых операций или [Авто/Управление/Начало/Конец/Метка/Обратно] <1>: 1 INTELLIZOOM INTELLIZOOM INTELLIZOOM INTELLIZOOM INTELLIZOOM Команда: _.undo Текущие настройки: Авто = Вкл, Управление = Все, Объединить = Есть, Слой = Есть Количество отменяемых операций или [Авто/Управление/Начало/Конец/Метка/Обратно] <1>: 1 ВЫЧИТАНИЕ Команда: _.undo Текущие настройки: Авто = Вкл, Управление = Все, Объединить = Есть, Слой = Есть Количество отменяемых операций или [Авто/Управление/Начало/Конец/Метка/Обратно] <1>: 1 ЦИЛИНДР Команда: _.undo Текущие настройки: Авто = Вкл, Управление = Все, Объединить = Есть, Слой = Есть Количество отменяемых операций или [Авто/Управление/Начало/Конец/Метка/Обратно] <1>: 1 ВЫЧИТАНИЕ Команда: _copyclip найдено: 1 Команда: _pasteclip Точка вставки: 0.0 ** ПЕРЕНЕСТИ ** Точка переноса или [Базовая точка/Копировать/ОТменить/выХод]: Возобновляется команда GRIPTOOL_EDIT. Точка переноса или [Базовая точка/Копировать/ОТменить/выХод]: 150 Команда: _u '.ACGZDRAGACTION ** ПЕРЕНЕСТИ ** Точка переноса или [Базовая точка/Копировать/ОТменить/выХод]: 145 60 Команда: Задайте противоположный угол или [Линия/РМн-угол/СМн-угол]: *Прервано* Команда: *Прервано* Команда: ВЫЧ ВЫЧИТАНИЕ Выберите тела, поверхности и области, из которых будет выполняться вычитание Выберите объекты: найдено: 1 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 2 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 3 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 4 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 5 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 6 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 7 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 8 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 9 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 10 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 11 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 12 Выберите объекты: Выберите тела, поверхности или области для вычитания .. Выберите объекты: найдено: 1 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 2 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 3 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 4 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 5 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 6 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 7 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 8 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 9 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 10 61 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 11 Выберите объекты: найдено: 1, всего: 12 Выберите объекты: Команда: _group найдено: 3 Создана группа без имени. ** ПЕРЕНЕСТИ ** Точка переноса или [Базовая точка/Копировать/ОТменить/выХод]: *Прервано* Команда: *Прервано* ** ПЕРЕНЕСТИ ** Точка переноса или [Базовая точка/Копировать/ОТменить/выХод]: *Прервано* Команда: ** ПЕРЕНЕСТИ ** Точка переноса или [Базовая точка/Копировать/ОТменить/выХод]: *Прервано* Команда: *Прервано* ** ПЕРЕНЕСТИ ** Точка переноса или [Базовая точка/Копировать/ОТменить/выХод]: 10 ** ПЕРЕНЕСТИ ** Точка переноса или [Базовая точка/Копировать/ОТменить/выХод]: *Прервано* Команда: _.erase найдено: 7 Команда: _u СТЕРЕТЬ Команда: _.erase найдено: 2 ** ПЕРЕНЕСТИ ** Точка переноса или [Базовая точка/Копировать/ОТменить/выХод]: Для пересечения выбрано избыточное число объектов Команда: _u '.ACGZDRAGACTION** ПЕРЕНЕСТИ ** Точка переноса или [Базовая точка/Копировать/ОТменить/выХод]: 30 Команда: Задайте противоположный угол или [Линия/РМн-угол/СМн-угол]: Команда: *Прервано* 62 Команда: _.erase найдено: 1 Команда: _.erase найдено: 1 Команда: _.erase найдено: 1 Команда: _.erase найдено: 1 Команда: _.erase найдено: 1 ** ПЕРЕНЕСТИ ** Точка переноса или [Базовая точка/Копировать/ОТменить/выХод]: 100 Команда: Задайте противоположный угол или [Линия/РМн-угол/СМн-угол]: *Прервано* Команда: *Прервано* Команда: _copyclip найдено: 1 Команда: _pasteclip Точка вставки: 0.0 Команда: _u ВСТБУФЕР ГРУППА Команда: Задайте противоположный угол или [Линия/РМн-угол/СМн-угол]: Команда: _group найдено: 2 Создана группа без имени. Команда: _copyclip найдено: 2 Команда: _pasteclip Точка вставки: >>Новое значение ORTHOMODE <0>: Возобновляется команда ВСТБУФЕР. Точка вставки: 0.0 ** ПЕРЕНЕСТИ ** Точка переноса или [Базовая точка/Копировать/ОТменить/выХод]: *Прервано* Команда: *Прервано* Команда: Команда: _u '.ACGZDRAGACTION Команда: _u Команда: _u '.3DPAN2 Команда: _u ВСТБУФЕР ГРУППА 63 Команда: Задайте противоположный угол или [Линия/РМн-угол/СМн-угол]: ** ПЕРЕНЕСТИ ** Точка переноса или [Базовая точка/Копировать/ОТменить/выХод]: *Прервано* Команда: _pasteclip Точка вставки: 0,0,0 ** ПЕРЕНЕСТИ ** Точка переноса или [Базовая точка/Копировать/ОТменить/выХод]: *Прервано* ** ПЕРЕНЕСТИ ** Точка переноса или [Базовая точка/Копировать/ОТменить/выХод]: Возобновляется команда GRIPTOOL_EDIT. Точка переноса или [Базовая точка/Копировать/ОТменить/выХод]: Команда: *Прервано** ПОВОРОТ ** Угол поворота или [Базовая точка/Копировать/ОТменить/ОПорный/выХод]: 180 Команда: *Прервано* Команда: _u '.ACGZDRAGACTION Команда: _group найдено: 3 Создана группа без имени. ** ПОВОРОТ ** Угол поворота или [Базовая точка/Копировать/ОТменить/ОПорный/выХод]: 180 Команда: *Прервано* Команда: Задайте противоположный угол или [Линия/РМн-угол/СМн-угол]: Неверное определение рамки. Команда: Задайте противоположный угол или [Линия/РМн-угол/СМн-угол]: Команда: *Прервано* Команда: _SAVEAS Команда: Задайте противоположный угол или [Линия/РМн-угол/СМн-угол]: Команда: _.erase найдено: 4 Команда: _u СТЕРЕТЬ Команда: _.erase найдено: 7 64 Команда: Задайте противоположный угол или [Линия/РМн-угол/СМн-угол]: Команда: _.erase найдено: 1 65 4.3.2. 3Dмодель в программе AutoCAD 3D модели детали кожухотрубчатого теплообменника представлены на рис. 4.6, 4.7, 4.8, 4.9 Рис.4.6. Крышка и днище кожухотрубчатого теплообменника Рис.4.7 Трубчатая решётка с трубками кожухотрубчатого теплообменника 66 Рис.4.8. Корпус кожухотрубчатого теплообменника Рис.4.9. Кожухотрубчатый теплообменник 67 4.4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛИ С ПОМОЩЬЮ ТЕХНОЛОГИИ 3D ПЕЧАТИ Предварительно в контроллер должны быть загружены инструкции, определяющие последовательность перемещений экструдера и платформы для печати конкретного объекта. Они подготавливаются на компьютере с помощью специальной программы. Используя цифровую трехмерную модель объекта, программа производит его разбивку на слои и формирует G- код – последовательность управляющих сигналов для формирования каждого слоя. Эта программа также добавляет поддержки для нависающих частей, которые после завершения печати необходимо будет удалить. Дело в том, что пластик застывает не мгновенно, так что если верхний слой будет значительно выступать над нижним, печатаемый предмет будет деформироваться. Импорт модели в ReplicatorG Принтер поддерживает следующие типы файлов STL, OBJ, Gcode. Вы можете использовать ПО такое как Rhinoceros, Solidworks, Sketchup, UG, и.т.д. для преобразования в эти форматы. Нажмите File->Open для открытия файла модели. Перемещение, масштаб, вращение и оценка времени печати 1. После открытия файла модели вы можете разместить ее на печатном столе. Примечание: убедитесь, что модель находится внутри области печати. Модель может быть увеличена при помощи колеса прокрутки мышки. Вы можете вращать модель, нажав на колесо прокрутки мышки и перемещая ее. Пять кнопок управления моделью: Вид: выбор перспективы просмотра модели. Вид сверху, вид спереди, вид справа. 68 Перемещение: Поместите модель в центр рабочей платформы. Если модель не видна после открытия, нажмите кнопку Center. Поместите модель на платформе так, чтобы она находилась на ее поверхности, а не над ней или под ней. Обязательно проверьте это. Вращение: Вы можете вращать модель как в ручном режиме, зажав модель клавишей мышки, а также используя кнопки вращения. Расположить на платформе: функция размещает модель на печатной платформе, рекомендуем использовать перед печатью. Вращение вокруг оси координат Z: вращает модель вокруг оси Z, зажав клавишей мышки, перемещайте объект. Зеркальное отражение: Отражение по оси Х, отражение по оси Y, отражение по оси Z. Масштабирование: Введите коэффициент масштабирования. Вводя значение меньше единицы, ваша модель уменьшится. Вводя значение больше единицы, ваша модель увеличится. Нажав «FilltheBuildArea» программа создаст максимально возможно большую модель, которая может разместиться в печатном поле принтера. 2. Для оценки времени печати нажмите GCode->TimeEstimate. Через 10 секунд время, необходимое для изготовления модели, появится в строке состояния. Генерация GCode (Slicing) 1. Нажмите кнопку «GenerateGCode» в правом нижнем углу окна программы. Если после открытия модель была изменена, появится окно с предложением сохранить изменения. 2. После нажатия на кнопку «GenerateGCode» появится окно с настройками генерации. 3. После завершения генерации кода, вы увидите, что появится вкладка с Gcode. 69 Рис.4.10. Настройка генерации Рис.4.11. Крышка и днище в программе ReplicatorG 70 Рис.4.12. Корпус в программе ReplicatorG Рис.4.13. Gcode крышки и днища 71 Рис.4.14. Gcode корпуса Рис.4.15. Gcode трубной решётки с трубками 72 4.4.1.ВЫБОР РЕЖИМА ПЕЧАТИ Механика работы 3D принтера не так сложна. Принцип работы основан на выдавливании нагретого плаcтика из сопла печатающей головки на платформу. В 3D принтере стандартными материалами (т.е. те, которые используются давно и изначально) являются ABS-пластик (акрилонитрил- бутадиен-стирол) и PLA-пластик (полимолочная кислота). ABS, например, широко применяется при производстве конструкторов Lego, имеет химический состав и требует работы при чуть более высоких температурах (по сравнению с PLA). При производстве пластика PLA используется кукуруза и сахарный тростник. PLA-пластик твердый (и негибкий) и с блестящей поверхностью, если сравнивать с ABS. У большинства принтеров одна печатающая головка (и соответственно одно сопло)— в таком случае напечатанный объект будет одноцветным. Для получения разноцветного объекта нужно сменить нить в таком принтере. Такой принтер как Replicator 2X имеет 2 печатающие головки. Предмет при распечатке получается двухцветным. Имеются заявления от некоторых производителей выпустить принтер, который распечатывает многоцветные объекты. Печатная поверхность и печатающая головка «работают вместе», чтобы печатать объект в трехмерном направлении. Печатающая головка подвешена на портальных системах. Печатающая головка размещается на двух верхних перекладинах и может двигаться вдоль них. С краю у принтера имеются 2 другие перекладины, которые соединяются с двумя вышеупомянутыми. Это позволяет им двигаться вперед-назад, и печатающая головка двигается в итоге в 4 направлениях (вправо-влево и назад-вперед). Печатающая поверхность движется вверх и вниз, «добавляя» третье измерение (направление).Есть необычные 3D системы вроде DeltaMaker, где сама печатающая головка движется в трехмерном пространстве. 73 Редуктор протягивает нить через печатающую головку. Перед выдавливанием через сопло нить проходит по нагретой трубке, при этом происходит плавление материала и его выход через сопло головки. Выдавливаемый материал размещается слоями. Печать происходит послойно. Слои моментально затвердевают. Подобная технология печати получила название аддитивной, и производство подобных изделий называется аддитивным производством. Это означает, что один слой пластика накладывается за один раз. Аддитивное производство противопоставляется традиционному обрабатывающему производству, где изделия получаются за счет механической обработки. При печати ABS пластиком используется разогретая поверхность, иначе нижний слой изделия начинает скручиваться (сморщиваться). При PLA можно использовать обычную поверхность, которая не требует нагрева. Пластик для печати поставляется в виде катушки с намотанной (на эту катушку) нитью, толщина которой варьируется от 1,75 мм до 3 мм, однако, толщина получаемого слоя составляет не менее 0,1мм. В таком случае, возникает вопрос — на сколько же предметов хватит одной катушки ? Как пример - из 1 кг такой «нити» можно напечатать 392 шахматные фигуры. Катушка крепится на самом принтере. Нить подается с катушки в печатающую головку. Процесс печати занимает минуты, часы, а иногда и даже дни. Все зависит от размера объекта, плотности, которую нужно выдавать при печати используемого пластика. Пример - чтобы напечатать скульптуру размером 350 см х 350 см х 250 см потребовалось 2 месяца. Печать осуществлялась на 7 принтерах класса Type A Machines. Скорость экструдера определяет скорость печати, следовательно, она зависит от тех же параметров. Стоит обращать внимание на 3D принтеры, скорость экструдера которых не менее 20 м/с. Температура плавления зависит напрямую от используемого материала. Например, температура плавления АВС-пластика составляет 240°С – 248°С, |