Drukowanie 3D: Różnice pomiędzy wersjami

Wersja z 09:22, 17 sty 2013

Wstęp

Od czasu do czasu zdarza nam sie przeprowadzać renowację starych przedmiotów. Występują wśród nich nie tylko maszyny parowe, ale również bardziej współczesne wyroby przemysłowe. Często zawierają one elementy wykonane z tworzyw sztucznych.

Przy okazji prezentacji Polskich motoryzacyjnych modeli naukowych, wspomnieliśmy już o dorabianiu kół zębatych za pomocą wycinania ich na frezarce sterowanej cyfrowo (CNC). Na zdjęciu widać prototypowe koła zębate wycięte ze sklejki oraz gotowe koła zamontowane w modelu. Koła zostały ostatecznie wykonane z tworzywa zbliżonego właściwościami do pleksiglasu.

Ostatnio wypróbowaliśmy nowy sposób produkcji drobnych elementów zwany "drukowaniem 3D" lub "szybkim prototypowaniem".

Koła wycięte na ploterze/frezarce CNC.

Dlaczego drukowanie, a nie cięcie?

Metody cięcia i frezowania na maszynach CNC mają swoje ograniczenia. Przede wszystkim w wypadku frezarek trudno jest wyciąć detal wymagający użycia freza o średnicy mniejszej niż 2,5-3mm. Skutkiem tego jest niemożność wycięcia drobnych detali na "gotowo" - jak choćby niewielkich kół zebatych. Sytuację poprawia możliwość skorzystania z maszyn tnących laserem lub wodą. Jednak takie maszyny nie zawsze są dostępne. Dodatkowo, zależnie od wykonawcy, dokładność wykonania drobnych detali nie musi, ale może pozostawiać sporo do życzenia.

Zarys technologii (informatycznej)

Celem projektu jest oczywiście wytworzenie rzeczywistych przedmiotów - kół zębatych.

Maszyna, która wykona detale akceptuje pliki typy *.g (g-code). Te pliki zostaną utworzone przez oprogramowanie dołączone do maszyny (można innym, ale to temat na inną okazję). Na razie załużmy, że na ten etap zasadniczo nie mamy wpływu. To oprogramowanie na swoim wejściu wymaga plików z modelami 3D typu *.stl. To popularny format plików. Takie pliki można utworzyć lub wyeksportować chybe ze wszystkich programów operujących grafiką 3D. My utworzyliśmy te pliki z płaskich obrysów kół w bezpłatnym programie OpenSCAD (może kiedyś napiszemy o nim więcej). Oczywiście są inne darmowe programy w których dało by się to zrobić jak choćby Blender czy BRL-CAD itp. Po drodzejeszcze dokonaliśmy kontroli poprawności modeli w programie Meshlab (też darmowy), ale to był krok nieobowiązkowy. W każdym razie OpenSCAD wymagał dostarczenia mu płaskich obrysów naszych kół zębatych w plikach typu *.dxf. To też popularny format, wspierany chyba przez wszystkie programy operujące dwuwymiarową grafiką wektorową. W naszym wypadku była to akurat komercyjna wersja programu QCAD, ale można było użyć też jego darmowej wersji lub innego programu (np. darmowych LibreCAD czy nawet Incscape itp. lub komercyjnych typu AutoCAD czy Corel Draw). W tym programie 2D był wykonany obrys kół zębatych wykonany na podstawie płaskich obrazów uzyskanych na zwykłym skanerze płaskim.

Czyli proces technologiczny wygląda tak:

Dodatkowo, już po otrzymaniu modelu 3D, sprawdziliśmy jego poprawność w programie Meshlab, ale nie jest to obowiązkowe.

Przebieg prac

Poniżej przedstawiamy kolejne etapy wytworzenia potrzebnych nam detali.

Uszkodzone koło z podajnika pasów.

Na zdjęciu przedstawiono przykładowe uszkodzone koło zębate. Koło to ma ok. 20mm średnicy. Koła (to pokazane na zdjęciu i drugie z nim współpracujące) zostały zeskanowane do komputera przy pomocy zwykłego skanera płaskiego.

Obrys koła zębatego ze skanu.

Z uwagi na zastosowanie tych kół zębatych nie było potrzeby wnikania w dokładne parametry ich geometri. Wystarczyło obrysować je w dwuwymiarowym programie typu CAD na podstawie płaskich skanów.

"Wyciąganie" dwuwymiarowych obrysów do modeli 3D.

Kolejnym krokiem była konwersja rysunku 2D na postać modelu 3D.

Kontrola poprawności modeli 3D.

Następnie szybkie sprawdzenie poprawności utworzonych modeli 3D kół zębatych.

Wydrukowane koła chwilę po wyjęciu z maszyny.

W końcu koła zostały wydrukowane z tworzywa zbliżonego składem i właściwościami do ABS. Zrobili to dobrzy ludzie, którzy na tym się znają ;) W toku końcowych ustaleń, wybrano rozwiązanie aby z uwagi na naprężenia tnące działające wzdłuż warstw tworzywa ośkę większego koła wykonać jednak z metalu.

Wnioski

Gotowe koła zamontowane w podajniku.

Wydrukowane koła zamontowane w urządzeniu pracują prawidłowo. Nie wiemy jak będą się sprawować trwałościowo, ale na razie zachowujemy umiarkowany optymizm.

dr inż. Szymon Dowkontt

Powrót