Файл: СПбгмту допущен к защите.pdf

МИНОБРНАУКИ РОССИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Санкт-Петербургский государственный морской технический университет»
(СПбГМТУ)
Допущен к защите
Заведующий кафедрой
______________ (Черненко В. И.)
(подпись) (Ф.И.О.)
«_____»_______________20___г.
Факультет Корабельной Энергетики и Автоматики
Кафедра технологии судового машиностроения
Направление подготовки: 15.03.05
(код)
Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств
(наименование)
Направленность ООП (профиль): 15.03.05.01
(код)
Технология судового машиностроения
(наименование)
ВЫПУСКНАЯ
КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
БАКАЛАВРА
На тему: оценка точности изготовления деталей на 3d принтере.
ОБУЧАЮЩИЙСЯ (
Поляков Н.А
)
(подпись)
РУКОВОДИТЕЛЬ (
Максименко В.П.
)
(подпись)
2019г.

2
Оглавление
Аннотация .................................................................................................................................................... 5
Список сокращений и условных обозначений ......................................................................................... 6
Введение: ................................................................................................................................................................ 7 1
Аддитивные технологии и контроль точности 3d принтеров ......................................................... 9 1.1
Аддитивные технологии в машиностроении ........................................................................................... 9 1.2
Технология 3D-печати FDM ...................................................................................................................... 12 1.3
Принцип построения изделия по технологии FDM ............................................................................... 12 1.4
Применение .............................................................................................................................................. 13 1.5
Расходные материалы .............................................................................................................................. 13 1.6 3d принтер flashforge dreamer ................................................................................................................. 14 1.7 3d принтер Tevo tarantula ........................................................................................................................ 17 1.8
Сравнение 3d принтеров, участвующих в проверке точности. ............................................................. 18 1.9
Проверка и испытание 3д принтеров на геометрическую и кинематическую точность ................... 19 1.10 Проверка станков и 3д принтеров на геометрическую и кинематическую точность, жёсткость и виброустойчивость. .............................................................................................................................................. 20 1.11 Анализ точности 3д принтера на основе ГОСТ 26016-83-станки фрезерные широкоуниверсальные инструментальные. ............................................................................................................................................... 22 1.11.1
Образец-изделия для общих проверок. ......................................................................................... 22 1.11.2
Образец-изделия для проверок точности межосевых расстояний отверстий, отклонение от плоскостности. .................................................................................................................................................. 26 1.11.3
Образец изделия для проверки сносности при печати двумя экструдерами. ........................... 27 1.12 Анализ точности 3д принтера на основе ГОСТ ISO 230-2 2016 Определение точности и повторяемости позиционирования осей станков с числовым программным управлением. ....................... 28 1.12.1
Область применения ........................................................................................................................ 28 1.12.2
Термины и определения .................................................................................................................. 28 1.12.3
Условия испытаний. .......................................................................................................................... 35 1.12.4
Испытуемый 3д принтер .................................................................................................................. 35 1.12.5
Режим работы ................................................................................................................................... 36 1.12.6
Выбор заданных позиций ................................................................................................................ 36 1.12.7
Измерительная установка и контрольно-измерительное оборудование ................................... 37 1.12.8
Испытания линейных осей до 2000 мм .......................................................................................... 37 1.12.9
Испытания линейных осей длиной свыше 2000 мм ...................................................................... 38 1.12.10
Оценка результатов: линейные оси до 2000 мм........................................................................ 38 1.12.11
Оценка результатов: линейные оси свыше 2000 мм ................................................................. 39 1.12.12
Пункты, подлежащие согласованию между поставщиком/производителем и пользователем .................................................................................................................................................. 39 1.12.13
Способ представления результатов ............................................................................................ 39

3 1.12.14
Общие положения ........................................................................................................................ 40 1.12.15
Испытания линейных осей до 2000 мм и осей вращения до 360° ........................................... 41 1.12.16
Испытания линейных осей до 2000 мм ...................................................................................... 41 1.12.17
Испытания линейных осей свыше 2000 мм ............................................................................... 42 1.13 Анализ точности 3д принтера на основе ГОСТ ISO 230-4- 2015 ............................................................ 42 1.13.1
Область применения ........................................................................................................................ 42 1.13.2
Условия окружающей среды ........................................................................................................... 47 1.13.3
Прогрев 3д принтера ........................................................................................................................ 47 1.13.4
Параметры испытаний ..................................................................................................................... 47 1.13.5
Погрешность измерения .................................................................................................................. 48 1.13.6
Процедура испытания ...................................................................................................................... 49 1.13.7
Представление результатов ............................................................................................................. 49 1.13.8
Типовые факторы отклонений круговых движений 3д принтеров .............................................. 53 1.13.9
Влияние нарастающих линейных отклонений позиционирования ............................................. 54 1.13.10
Влияние неперпендикулярности осей ........................................................................................ 54 1.13.11
Влияние циклических отклонений .............................................................................................. 55 1.13.12
Влияние ЧПУ 3d принтера и его приводов ................................................................................. 56 1.13.13
Влияние погрешности реверсирования ...................................................................................... 56 1.13.14
Влияние ускорения осей .............................................................................................................. 58 1.13.15
Влияние вследствие различия динамических погрешностей .................................................. 59 2
Глава ................................................................................................................................................... 60 2.1
Практическая часть ................................................................................................................................... 60 2.2
Создание 3д модели ................................................................................................................................ 60 2.3
Настройка печати ...................................................................................................................................... 60 2.4
Создание 3д модели ................................................................................................................................ 63 2.5
Настройка печати ...................................................................................................................................... 64 2.6
Контроль образца изделия (из пункта 1.12.1) ........................................................................................ 65 2.6.1
Отклонение отверстий d и d1 от круглости .................................................................................... 65 2.6.2
Отклонение размеров основания образца изделия ..................................................................... 66 2.6.3
Круглость наружной цилиндрической поверхности ..................................................................... 67 2.6.4
Плоскостность торцевой поверхности повернутого параллелепипеда ...................................... 68 2.6.5
Отклонение от параллельности торцевых поверхностей повёрнутого параллелепипеда. ....... 73 2.6.6
Плоскостность торцевой поверхности образца-изделия. ............................................................. 75 2.6.7
Параллельность торцовой поверхности повернутого параллелепипеда к основанию образца- изделия 76 2.6.8 отклонения углов .............................................................................................................................. 77 2.6.9
Измерение расположения наклонной плоскости ......................................................................... 79

4 2.6.10
Измерение отклонения от перпендикулярности ........................................................................... 80 2.6.11
Соосность отверстий ......................................................................................................................... 81 2.7
Контроль образца изделия (из пункта 1.12.2) ........................................................................................ 83 2.7.1
Измерение отклонения от перпендикулярности ........................................................................... 84 2.7.2
Соосность отверстий ......................................................................................................................... 85 2.7.3
Плоскостность торцевой поверхности ............................................................................................ 86 2.7.4
Параллельность поверхностей образца-изделия .......................................................................... 87 2.8
Контроль образца изделия (из пункта 1.12.3) ........................................................................................ 88 2.8.1
Соосность отверстий ......................................................................................................................... 88 2.8.2
Шероховатость поверхности ............................................................................................................ 89 2.8.3
Действительные размеры образцов изделий ................................................................................ 91 2.8.4
Результаты оценки точности 3d принтеров flash forge и Tevo tarantula ...................................... 94 2.9
Контроль точности печати 3d принтера в процессе изготовления деталей ....................................... 97 3
Выводы ............................................................................................................................................ 100
Список литературы ................................................................................................................................. 102

5
Аннотация
Тема: оценка точности изготовления деталей на 3d принтере.
Автор: Поляков Никита Александрович, студент 4 курса бакалавриата
СПбГМТУ, факультета КЭиА.
Во введении обоснована актуальность выбранной темы, поставлена цель и задачи исследования. В первой главе рассмотрены современные тенденции развития аддитивных технологий, подробно рассмотрены конструкции FDM принтеров
«flashforge dreamer», «Tevo tarantula» и выполнен сравнительный анализ их характеристик. На основе ГОСТов, существующих для станков с ЧПУ, была разработана методика оценки точности деталей, изготавливаемых на 3d принтере.
Во второй главе рассмотрена практическая часть по оценке точности 3d принтеров
«flashforge dreamer», «Tevo tarantula» по изготовленным на них изделиях. В главе приведены схемы измерений, результаты измерений и выводы по обнаруженным систематическим погрешностям 3d принтеров и о классе точности выполняемых на них геометрических размерах. Так же описана концептуальная идея о контроле точности изготавливаемых изделии в процессе их выращивания, путем совмещения
3d сканера и 3d принтера в одном многофункциональном устройстве.
Ключевые слова: 3d принтер, 3d печать, оценка точности, измерение отклонений.

6
Список сокращений и условных обозначений
F
FDM, 21
FDM- моделирование методом осаждения расплавленной нити (послойного наплавления).
, 8
Р
Рафт представляет собой решетчатое основание из материала печати, которое располагается под самым нижним слоем изделия. Благодаря этой опции можно существенно уменьшить искривление и закручивание краев модели, которая будет держаться на плоской рабочей платформе гораздо прочнее., 24
Ф
Фаббер
-3D принтер, 11
Э
Экструдер
– это печатающая головка 3D принтера.
Название этой детали (перевод термина – выдавливать) полностью соответствует принципу ее действия экструдер выдавливает специальный материал через отверстие, тем самым создавая слои объекта, 13
Экструзия метод и процесс получения изделий из полимерных материалов путём продавливания расплава материала через формующее отверстие в экструдере., 25

7
Введение:
Аддитивные технологии (технологии послойного синтеза) — это передовое направление цифрового производства, печать предметов, деталей, изделий на 3D- принтере. Принтер считывает файл с компьютерной модели будущего изделия и создает ее, последовательно нанося слои жидкого, порошкообразного, бумажного или иного материала. Эта технология открывает новые возможности для производства. Она применяется для быстрого прототипирования и быстрого производства. Быстрое прототипирование облегчает повторное тестирование с последовательной, пошаговой модернизацией объекта. Быстрое производство служит в качестве недорогой альтернативы стандартным методам при создании мелкосерийных партий.
Существует несколько видов аддитивных технологий, каждый из которых используется для решения разных производственных задач. Методы печати тонкими слоями, которые в несколько раз меньше человеческого волоса, применяются для прототипов ювелирных украшений и стоматологических протезов. Изготовление металлических деталей ракетных двигателей и самолетов происходит с помощью технологий для создания особо прочных объектов. Постепенно 3D-печать внедряется в строительство. Преимущества технологий послойного синтеза — оперативность, экономия сырья на производстве, малое количество отходов.
С 2017 года СПбГМТУ является головным исполнителем крупного комплекса проекта в сфере аддитивных технологий. Название проекта «Создание производства точных крупногабаритных заготовок из высокопрочных и жаростойких сплавов на основе гибридных микрометаллургических процессов формообразования для перспективных двигателей авиационно-космической, наземной и морской техники».
В настоящее время в Институте лазерных и сварочных технологий СПбГМТУ изготовлена и испытывается уникальная роботизированная установка прямого лазерного выращивания крупногабаритных заготовок.

8
Внедрение технологий прямого лазерного выращивания позволяет значительно снизить производственную стоимость изготовления деталей такого класса за счет снижения временных затрат (выращивание чуть более 130 часов), повышение коэффициента использования материала, снижения затрат на последующую механическую обработку. При этом механические свойства выращенного материала не уступают металлопрокату и значительно превосходят свойства литья, что подтверждено результатами механических испытаний, проводимых как в лаборатории университета, так и в лабораториях организаций- партеров, а также в независимых лабораториях, включая заводскую ЦЗЛ. Но на данный момент нет методики проверки точности 3d принтеров, что представляет существенный пробел в освоении аддитивных технологий. Помимо принтеров, производящих наплавку металла, есть принтеры, производящие детали другими способами. Например, технология FDM это моделирование методом осаждения расплавленной пластиковой нити. Внедрение FDM 3д принтеров в производство порой тормозится непониманием какие детали и с какой точность можно получить на принтере. В рекламных листовках и технических описаниях поставщика часто можно прочитать: «... принтер имеет разрешение 50 мкм». Это абсолютно
«маркетинговое» утверждение, не говорящее ни о чем.
Была сформулирована цель работы: проработка вариантов оценки точности
FDM 3d принтера.
А также задачи:
• обзор кинематики FDM 3д принтера;
• обзор уже имеющиеся методик оценки точности станков;
•
Определить квалитет точности деталей получаемых на 3d принтере flashforge Dreamer и tevo tarantula;
•
Сформулировать методические рекомендации по оценке точности 3d принтеров;

9 1 Аддитивные технологии и контроль точности 3d принтеров
1.1 Аддитивные технологии в машиностроении
Технология «трехмерной печати» появилась в конце 80-х годов. Двадцатый век. Пионером в этой области стала компания 3D Systems (США), которая разработала первый коммерческий стереолитографический аппарат - SLA -
Stereolithography Apparatus (1986). До середины 90-х. он использовался в основном в научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах, связанных с оборонной промышленностью.
Первые лазерные машины
- сначала стереолитографические (SLA-машины), затем порошковые (SLS-машины) - были слишком дорогими, выбор модельных материалов был довольно скромным.
Широкое распространение цифровых технологий в области проектирования (CAD), моделирования и расчетов (CAE) и механической обработки (CAM) стимулировало взрывной характер развития технологии 3D-печати, и крайне сложно указать область материального производства, где 3D-принтеры не будут использоваться, в той или иной степени. Цифровые 3D-технологии открыли уникальные возможности для воспроизведения сложных пространственных форм, объектов, инженерных сооружений и механизмов. В своей статье «3D технология и когнитивное программирование» Александрова В.В., (2012 стр. 64) отметила: «экономическая эффективность технологии 3D в ее качественной безальтернативности, безотходности и значительном снижении затрат в серийном и массовом производстве. В то же время 3D-технологии являются показателем интеллектуального уровня науки, образования, профессиональной квалификации трудовых ресурсов и промышленного развития. «Сначала эти технологии назывались” технологии быстрого прототипирования» (от английского Rapid
Prototyping), однако термин RP-technology достаточно устарел и в настоящее время не в полной мере отражает реальную сущность технологии. Методы «быстрого прототипирования» сейчас выпускают продукцию, которую уже нельзя назвать