Full Text

Технологии быстрого прототипирования (Rapid prototyping - Rp) получили широкое применение при создании твердотельных прототипов. Rp позволяют повысить эффективность производства за счет сокращения времени и затрат при разработке инновационных продуктов. Одним из Rp-методов является стереолитография (SLA), позволяющая послойно создавать сложные пластиковые формы по компьютерным 3D-моделям (CAD). Процессс построения прототипов включает следующие этапы (рис. 1). Рис. 1. Этапы построения прототипа по SLA-технологии Актуальной областью применения SLA-технологии является изготовление сложнопрофильных электродов-инструментов (ЭИ) для электроэрозионной обработки деталей. При этом SLA-технология создает мастер-модели для литья по выжигаемым (выплавляемым) моделям ЭИ. Одним из ключевых параметров, влияющих на точность формы SLA-прототипа и качество поверхности, является ориентация модели в рабочем пространстве перед началом рассечения на тонкие слои [1-3]. Процесс построения модели слой за слоем вносит погрешность в размере прототипа по сравнению со cпроектированной моделью. Данная ошибка возникает из-за эффекта «лестницы» на поверхности и негативно влияет на точность размеров. Из анализа работы [4] установлена зависимость влияния ориентации и толщины слоя модели на качество выращенного прототипа. При ориентации ответственных частей модели параллельно поверхности среза и уменьшении толщины слоя погрешность формы прототипа снижается (рис. 2). Показано, что при изменении угла наклона модели на 45º происходит повышение качества поверхности прототипа. Рис. 2. Снижение погрешности поверхности прототипа граней А и В при вращении модели на 45º Анализ работы [5] показал, что уменьшение высоты модели за счет ориентации снижает время построения прототипа в 1,5 раза. В работах [6-13] исследования авторов направлены на разработку методик выбора ориентации модели в процессе построения SLA-прототипа. Проведен анализ различных исследований ориентации SLA-модели, влияющей на повышение точности и снижение времени построения. Анализ литературных источников показал, что угол выращивания прототипа оказывает существенное влияние на качество выращенной поверхности. Не в полной мере изучен вопрос влияния параметров позиционирования модели на точность формы. Изготовление моделей сложной формы с большим количеством выращиваемых элементов, расположеных в пространстве под углами 45°, может быть ограничено. Актуальным является изучение влияния ориентации модели на точность формы прототипа под углами менее 45°. Цель исследования - изучить влияние ориентации модели на точность формы SLA-прототипов из фотополимерного материала SI500. В качестве технологии для изготовления экспериментальных образцов использована масочная стереолитография (SLA) компании Envisiontec. Суть процесса заключается в послойном наращивании фоточувствительного акрилового материала SI500. Для исследования влияния ориентации модели на точность формы прототипа смоделированы три образца квадратного сечения 15´15´15 мм, высотой 30 мм, которые ориентированы под углами 5, 10, 15º к рабочей платформе установки (рис. 3). Рис. 3. Модели образцов Ниже представлен режим построения SLA-прототипов на установке Envisiontec Perfactory Xede. Режим процесса построения на стереолитографической установке Envisiontec Perfactory Xede: Толщина слоя, мкм Толщина поддержек, мкм Высота поддержек, мм Время засветки сечений прототипа, мс Время засветки поддержек, мс 50 280 3 8500 8500 Для определения влияния ориентации модели на точность образцов после окончания процесса построения проводили измерения на трехкоординатной машине Carl Zeiss CONTURA G2 AKTIV [14, 15]. Схема измерений изображена на рис. 4. Определение влияния ориентации модели на точность формы SLA-прототипа заключалось в измерении расстояния между П1-П2 и П3-П4 по сечениям 1, 2, 3 с разными углами ориентации (см. рис. 3). Так же определена неплоскостность плоскостей П1-П2. Рис. 4. Схема измерений размеров образцов Данные для оценки точности формы образцов, построенных по технологии стереолитографии из фотополимерного материала SI500, сведены в таблицу. Результаты измерения образцов на трехкоординатной машине Carl Zeiss CONTURA G2 AKTIV Угол Расстояние L между плоскостями, мм Неплоскостность П1-П2 П3-П4 Плоскость Сечение Сечение 1 2 3 1 2 3 1 2 5º 15,1000 15,1030 15,2610 15,0926 15,0574 15,0573 0,0231 0,0817 10º 15,0756 15,0690 15,0978 15,0883 15,0652 15,0467 0,0233 0,0258 15º 15,0361 15,0289 15,1497 15,0646 15,0565 15,0415 0,0187 0,0957 По данным таблицы построена диаграмма отклонения размеров по трем сечениям между плоскостями П1-П2 и П3-П4 (рис. 5). Рис. 5. Отклонение размеров по сечениям образца в зависимости от угла наклона к плоскости построения По рис. 5 видно, что максимальные отклонения размеров наблюдаются при ориентации образца под углом в 5º (сечение 3 (П1-П2)) и 15º (сечение 3 (П2-П1)), отклонение размеров составляет 0,26 и 0,14 мм соответственно. Заданная точность размеров, равная 0,1 мм, сохраняется при ориентации образца к плоскости построения на угол в 10º. На рис. 6 определена неплоскостность поверхностей П1 и П2. Рис. 6. Неплоскостность поверхностей П1 и П2 образцов в зависимости от угла наклона к поверхности построения По рис. 6 видно, что минимальная неплоскостность поверхностей П1 и П2 наблюдается при ориентации образца к плоскости построения под углом в 10º. Максимальные отклонения наблюдаются при ориентации образца под углами в 5 и 15º к поверхности построения и составляют 0,08 и 0,09 мм соответственно для плоскостей П1 и П2. Минимальная неплоскостность поверхностей П1 и П2 сохраняется при ориентации образца к поверхности построения в 10º и составляет 0,02 мм. По результатам проведенной работы определено, что ориентация образцов в процессе построения влияет на точность размеров прототипов, изготовленных по SLA-технологии. Наиболее точные образцы получены при ориентации моделей к плоскости построения на угол в 10º.

About the authors

A. A Shumkov

Perm National Research Polytechnic University

Email: Shumkov_89@mail.ru

T. R Abliaz

Perm National Research Polytechnic University

Email: lowrider11-13-11@mail.ru

References

Statistics

Views

Abstract - 43

PDF (Russian) - 31

Refbacks

• There are currently no refbacks.