Поняття про технологію пошарового синтезу

Тема уроку:№ «Поняття про технологію пошарового синтезу.»

Мета уроку:

а) навчальна дистанційно ознайомити учнів з організацією робочого місця, охороною праці при роботі на ПК, та налагодження його системи

б) розвивальна виробити в учнів професійні навики при роботі з технологією 3D друку з використанням усіх правил технікибезпеки та охоронипраці.

в) виховнавиховати в учнів любов до праці та повагу до обраної  професії.

                       Хід уроку

Історіявиникнення та розвитку

3D-друк радикально відрізняється від традиційного мето- да виробництва, коли матеріал видавлюється з заготовки. Методна основі 3D- друку дозволяє пошарово створювати деталь без заготовки, маючи тільки в наявності 3D модель одержуваної де- талі. Це принципова відмінність від будь-якої іншої існуючої традиційної технології виробництва.

Ці технології ґрунтуються на видаленні матеріалу з заго- товки, для отримання готової деталі, а також витрачаються ресу- рси на інструмент, прес- форму. Варто так само відзначити, що для багатьох деталей існує обмеження в дизайні, виробничі об- меження, дорогеобладнання для обробкита складання деталі.

Крім того, традиційний процес отримання деталі механі- чним шляхом,витрачає до 90% матеріалу даремно.3D-друк створює об'єкт відразу, шляхом додавання матеріалу шар за ша-ром використовуючи різноманітні види друку. В залежності від використовуваної технології цей процес,можна порівняти з конструктором Лего. 3D-друк — це свобода дизайнерської дум-ки. Поки був інструмент були обмеження по конфігурації деталі, витрати на покупку, наладку і настройку цього інструменту, без нього зменшується вартість і час, для створення готовоїдеталі.

3D-друк також енергоефективна технологія, яка може за- безпечити екологічність виробничого процесу, використовуючи до 90% матеріалу. В останні роки 3D-друк вийшов за рамкипромислового прототипуювання і процес виробництва. Як тех- нологія стала більш доступною для невеликих компаній і навіть окремих фізичнихосіб. Ця технологія доступна для широкої аудиторії, у світі її кількість експоненційно збільшується з кожним роком. Все бі- льше з'являється різних матеріалів, сфер застосування.

Перші технології 3D-друку з'явилися в кінці 1980-х років. Їх називали швидке прототипування (Rapid Prototyping  Найперший патент заявка на технологію RP була подана Д-р Кодама, Японія. У тра- вні 1980 року. (рис. 1.1)

Рисунок 1.1 – Ідея тривимірного друку Хидео Кодама, де 1 – корпус, 3 – робоча зона, 4 – стіл для друку, 5 – лазернаустановка для спікання матеріалу.

У 1986 році, був виданий перший патент на апарат сте- реолітографії (SLA). Цей патент належав Чарльзу Халл, який вперше винайшов свою машину SLA в 1983. Халл став співзас- новником компанії «3D систем». Ця корпорація – одна з найбі- льших і найбільш плодовитих організацій, що працюють в 3D поліграфічному секторі до сьогоднішнього дня.

Рисунок 1.2 – АпаратSLA-250

У 1987 році, Карл Декард, який працював в Техаському університеті, подав патент в США на процес селективного лазе- рного спікання (SLS) швидкого прототипування. Цей патент був випущений в 1989 і SLS пізніше був ліцензований DTM Inc, яка пізнішебула придбана «3D Системс».

Рисунок 1.3 – Апарат Formiga P100

У тому ж 1989 року Скотт Крамп, співзасновник компанії Stratasys Inc. подав патент на «моделювання методом наплав-лення» (FDM). Дана технологія яка використовує процес засно- ваний на відкритому вихідному коді моделі reprap, що відома і сьогодні. Патент на технологію FDM був виданийкомпанії Stratasys в 1992 році.

Рисунок 1.4 – Принтер типу RepRap заснований на тех- нологіїFDM

У 2000 році була впроваджена технологія «Селективного лазерного спікання» (SLM) Хон Корпорація та Sciaky Inc були першопрохідцями в цій технології.

Відправною точкою для будь-якого 3D друкування є 3D цифрова модель, яку можна створити, використовуючи різнома- нітне програмне забезпечення, наприклад 3D CAD системи. Етап STL, готова модель нарізається на шари в окремій програмі, тим самим перетворений файл читається на 3D принтері. Матеріал обробляється на 3D принтері,після цього нашаровується, згідно з конструкцією деталі та процесу печаті. Існує ряд різних типів технологій 3D-друку, кожен процес відрізняється матеріалами, способом створення кінцевогооб'єкта. Функціональні пластма- си, 

метали, кераміка і пісок, тепер все це зазвичай використовується 

для промислового прототипування. Дослідження також проводиться для 3D друкування біоматеріалів та різнихвидів їжі. Пластмаса в даний час широко використовуваний матеріал – зазвичай АBS(Acrylonitrile butadiene styrene) або PLA (lactic acid або polylactic acid), але зростаєі кількість альтернативних, включаючи нейлон. Існує також зростаюче число машин почат- кового рівня, які були адаптовані для харчової продукції, такі як цукор і шоколад.

1.2 Класифікація технологій 3D друку.

Організація ASTM, що займається розробкою галузевих стан- дартів, розділяє3D-адитивні технології на 7 категорій:.

1. Витискання матеріалу. В точку побудови по підігрітому екс- трудеру подається пастоподібний матеріал, що представляє собою су- міш сполучного і металевого порошку. Побудована сира модель помі- щається в піч для того, щоб видалити сполуку і спекти порошок – так само, як це відбувається в традиційних технологіях. Ця адитивна тех- нологія реалізована під марками MJS (Multiphase Jet Solidification, ба- гатофазні затвердіння струменя), FDM (Fused Deposition Modeling, моделювання методом пошарового напряму),FFF (Fused FilamentFabrication, виробництво способом наплавлення ниток).

2. Розбризкування матеріалу. Наприклад, в технології Polyjet віск або фотополімер по багатоструменевій голівці подається в точку побудови.Ця адитивна технологія також називається Multi jetting Material.

3. Розбризкування сполучного. До них відносяться струменеві Ink-Jet- технології вприскування в зону побудови не модельного мате- ріалу, а сполучного реагента (технологія адитивного виробництва ExOne).

4. З'єднання листових матеріалів. Будівельний матеріал являє собою полімерну плівку, металеву фольгу, аркуші паперу та ін. Вико- ристовується, наприклад, в технології ультразвукового адитивного ви- робництва Fabrisonic. Тонкі пластини з металу зварюються ультразву- ком, після чого надлишки металу видаляються фрезеруванням. Адити- вна технологія тут застосовується в поєднанні з субстрактивною.

5. Фотополімеризація у ванні. Технологія використовує рідкі модельні матеріали- фотополімерні смоли. Прикладом можуть служити SLA-технологія компанії 3D Systemsі DLP-технологія компанійEnvisiontec, Digital Light Procession.

6. Плавка матеріалу в заздалегідь сформованому шарі. Викори- стовується в SLS-технологіях, що використовують як джерело енергії лазер або термоголовку (SHS компаніїBlueprinter).

7. Пряме підведення енергії в місце побудови. Матеріал і енергія для його плавлення надходять в точку побудови одночасно. В якості робочого органу використовується головка, обладнана систе- мою підведення енергії і матеріалу. Енергія надходить у вигляді скон- центрованого пучка електронів (Sciaky)або променя лазера (POM, Optomec,). Іноді головка встановлюється на робот- маніпулятор.

1.3. Сфери застосування 3D друку

Основні сфери застосування:

Архітектура

3D друк знаходитьшироке застосування у виготовленні ар- хітектурних макетів будинків, споруд, цілих мікрорайонів, котеджних селищ з усією інфраструктурою: дорогами, дерев-ями, вуличним осві- тленням. На малюнку показані макети будівель, створені з викорис- танням тривимірної друку.

Для друку тривимірних архітектурних макетів використовують дешевий гіпсовий композит, який забезпечує низьку себестість гото- вих моделей. На сьогоднішній день для 3D друку є 390 тисяч відтінків палітри CMYK, що дозволяє по-плоті в життя будь-яку колірну фанта- зію архітектора. Для тривимірної друку архітектурних моделей і про- тотипів найчастіше використовуються кольорові 3D ZPrinter моделі 250, 450, 650, 850 і чорно-білі 3D ZPrinterмоделі 150 і 350.

Будівництво

Інженери з університету ПівденноїКаліфорнії створили сі- стему 3D друку для роботи з великогабаритними об'єктами. Сис-тема працює за принципом будівельного крана, який зводить стіни з шарів бетону. Такий 3D принтер може звести двоповежний будинок всього лише за 20 годин. Робочим залишиться тільки уста-новить вікна, двері і провести внутрішню обробку приміщення.

Голландські архітектори запропонували надрукувати при по- мощі будівельного 3D принтера унікальний будинок у формі стрічкиМебіуса. «Друк» вдома запланована на 2014 рік. Будинок планується ється надрукувати з суміші піску і сполучнихматеріалів. Цілком можливо,що через кілька десятків років виростуть це-лі селища з чудови- ми комфортними будинками, побудованими за технологією 3D друку.

Дрібносерійне виробництва

Професійні 3D принтери поступововідвойовують свої позиціїв сфері дрібносерійного виробництва. Найчастіше дану технологію друку використовують для виготовлення ексклюзив-вних виробів, на- приклад предметів мистецтва, фігурок персонажів для учасників ро- льових інтернет-ігор, прототипів і концептуальний-них моделей май- бутніх споживчих товарів або їх конструк-тивних деталей. Такі моделі використовуються як в експери-них цілях, так і для презентацій нових товарів.

Для дрібносерійної 3D друку найчастіше використовують сис- теми Dimension, моделі Elite і SST 1200ES, а також системи Fortus, мо- делі 400mc і 900 mc.

Функціональне тестування

Використання 3D принтерів для функціонального тестує-вання

• це один із сучасних методів інноваційних розробити конструкцію струм. У більшості випадків потрібно протестувати новий меха-нізм в зборі, але виготовити окремі компоненти в одному екзем-Пляра занад- то довго, дорого і дуже проблематично. На допомогу приходять 3D принтери з різним ступенем деталізації моделей.

Для функціонального 3D тестування рекомендується ис- користувати принтери Objet 24 і 30, пристрої Eden 250, 260V, 350, 500V, а також Objet 260 Connex, Connex 350 і 500. Для изго-лення фу- нкціональних 3D моделей з пластика розроблені машини Dimension uPrint, uPrint +, Elite, SST 1200ES, а також Fortus 400mc і 900mc.

Медицина

Використання 3D принтерів в медицині дозволяєврятувати людські життя. Такі принтери можуть відтворити точну копію людсь-кого скелета для відпрацювання прийомів, які гарантують проведення успішної операції. Все частіше 3D принтери використовують в проте- зуванні та стоматології, так як тривимірна друк дозволяє отримати протези і коронки значно швидше класичною технологією виробницт- ва.

Медичні тривимірні моделі можуть бути виготовлені з цілого ряду матеріалів, включаючи живі органічні клітини. Вибір того чи ін- шого матеріалу для медичного прототипування залежить від цілей і завдань, що стоять перед медиками, і проблем, пов'язаних зі здоров'ям пацієнта.

Зовсім недавно сила і міць 3D друку була продемонстрована на прикладі звичайного орла, який з вини бра-Коньєр позбувся дзьоба. 3D друк дозволила виготовити точну копію орлиного дзьоба.

Не зупиняючись на досягнутому, медики навчилися друк-тать

«заплатки» для пошкодженої людської шкіри. Як матеріали для друку використовується спеціальний гель з клітин донора. За словами вче- них, для друку шкіри може бути вико-ван навіть самий звичайний офі- сний принтер, трохи модернізують-ний під поставлену задачу.

У 2011 році вчені зуміли відтворити живу чоловіча-ську нирку. Для цього 3D принтера треба було всього лише 3 години. Для друку пластикових медичних прототипів, совмести-мих з біологічними орга- нізмами, використовуються 3D принтери Eden 250, 260V, 350, 350V, 500; Fortus 400mc, 900mc; Objet 260 Connex, Connex 350 і 500.

Навчання

Використання технології 3D друку в освіті позво-ляет отрима- ти наочні посібники, які відмінно підходять для класних кімнат будь- яких освітніх установ, починаючи від дитячих садків і закінчуючи ву- зами.

Сучасні 3D принтери відмінно підходять для класних кімнат, оскільки мають підвищену надійність, не виділяють під час друку шкідливих для здоров'я продуктів, не пред'являють особливихвимог до утилізації, не містять ріжучих і бритви-них матеріалів, не мають лазерів.

Передбачається, що оснащення освітніх учрежде-ний констру- кторських або дизайнерських спеціальностей 3D принте-рами поспри- яє підвищенню ефективності освітнього процесу і швидкому засвоєн- ню знань учнями і студентами.

Виробництво одягу

Принтери з технологією 3D друку поступово освоюють сферу виробництва одягу, і в першу чергу - виробництво моделей для висо- кої моди. Не так давно голландський модельєрАйріс Ван Херпенпредставила колекцію «Напруга», все мо-діли якої були створені за допомогою 3D друку. Колекція була представлена на Тижні високої моди в Парижі.

Технологія 3D друку дозволяє використовувати для виготов- лення одного предмета одягу кілька різних матеріалів. Такий підхід дозволяє вирішити проблеми, пов'язані з прочнос-ма і еластичністю виготовляються речей. Одяг, надрукований 3D принтером, поки мож- на побачити тількина показах мод. Але не залишається сумнівів, що

впровадження подібних виробів в масове виробництво є лише питан- ням часу. Можливо, в майбутньому ми зможемо не виходячи з дому надрукувати собі нову сорочку, вечірнє плаття або навіть шубу необ- хідного кольору і розміру.

Ювелірні вироби

Як відомо, при виготовленні ювелірних виробів самої трудомі- сткою процедурою є створення воскових прототипів, яке вимагає ко- лосальних витрат часу. З появою 3D принтерів у ювелірів з'явилася можливість швидко вирощувати воскові моделі прикрас, попередньо розроблені в спе-ціальної програми.

Для створення прототипів ювелірних прикрас з вико- ристанням3D принтера використовується спеціальний матеріал, по своє-му складу схожий на ювелірний віск. Для друку прототипів юве- лірних прикрас можна використовувати такі 3D принтери: Soldscape T76, Eden 260V і 500V, Objet260 Connex і ін.

На основічого базувався перший3D принтер?

Які сфери використання 3D друку?