Файл: СПбгмту допущен к защите.pdf

94 2.8.4 Результаты оценки точности 3d принтеров flash forge и Tevo tarantula
Для оценки точности 3d принтеров Fashforge dreamer и Tevo tarantula, я использовал метод печати образца-изделия. Готовые изделия были оценены на точность изготовления и был определен квалитет точности 3d принтеров.
При печати ABS и PLA пластиком было выявлено, что PLA материал имеет меньшую усадку и деформацию в процессе печати, что делает его наиболее пригодным для печати изделий повышенной точности.
Для заполнения использовались виды шаблонов: шестигранник для модели из пункта 1.12.2 и линии для модели из пункта 1.12.1. Заполнение в виде шестигранника, экономит материал без ущерба для прочности изделия, но ухудшается плоскостность верхних поверхностей. В местах, где нет заполнения, верхний слой провисает. Это отклонение можно уменьшить за счет использования шаблона заполнения в виде линий с высокой плотностью, либо же за счет увеличения количества слоев внешних стенок контура. При использовании шаблона заполнения шестигранник и толщину стенки в 3 слоя верхняя плоскость над заполнением имеет отклонение от плоскостности 0,31мм.
При печати отверстий детали двумя экструдерами, отклонение от соосности составляет 0,06мм в положительном направлении оси Х (пункт 2.6.18).
Было определено, что отклонение от оси отверстий при печати одним экструдерам, не больше чем отклонение от формы отверстий (пункт 2.6.11).
Так же у обоих принтеров при проверке формы отверстия была обнаружена овальность, которая могла быть вызвана износом кинематики привода одной из осей принтера больше чем другой. Во всех наблюдаемых отверстиях были обнаружены
«провалы» поверхности, где отклонение от формы наибольшее, они объясняются влиянием ускорения перемещения по осям. Данные отклонения можно уменьшить, если печатать на более низких скоростях.
Наибольшее отклонение торцевых граней от перпендикулярности, расположенных по осям X, Y при печати, у модели, напечатанной на dreamer составляет (пункт 2.6.13)) 1,6мм.

95
Наибольшее отклонение торцевых граней от перпендикулярности, расположенных по осям X, Y при печати, у модели, напечатанной на Tevo (пункт
2.6.10) 0,1 мм.
Отклонение модели от перпендикулярности объясняется неперпендикулярностью расположения направляющих осей.
Отклонение от круглости наружной цилиндрической поверхности осевых в направлениях, модели из пункта 1.12.1 напечатанной на принтере tevo говорит о проблемах с перемещением печатающей головки по осям. Возможен износ приводов одной оси больше чем другой, либо неправильная настройка шагов микродвигателя.
Отклонение габаритов основания детали, напечатанной на tevo tarantula (пункт
2.1.1) подтверждает предположение о не правильной настройке шага печатающей головки по осям. Грани образца-изделия, печатанные вдоль оси X (отклонение +1,25 мм.) сравнительно одинаково удлинены по сравнению с гранями, напечатанными по оси Y (отклонение +0,05 мм.), которые более приближены к номинальным размерам. Отклонение от перемещения печатающей головки в данном случае может быть вызвано ремонтом 3d принтера с заменых элементов кинематики, либо же неправильной настройка шагового двигателя. Для устранения отклонения достаточно внести коэффициент коррекции перемещения по оси Х в программе, подготавливающей gx код для 3d принтера.
Отклонение габаритов основания детали на печатанной на dreamer (пункт
1.12.3)
Наибольшие отклонение плоскостности торцевой поверхности (верхней при печати) повернутого параллелепипеда, напечатанного на tevo к его основанию
(нижней поверхности), составляет -0,1мм (пункт 2.6.6).
Отклонение от параллельности плоскостей повёрнутого параллелепипеда I и
III (0,12 мм), больше чем II и IV(0,07мм). Это вызвано разделением слоев модели из- за недостаточной их адгезии, что привело к выгибанию плоскостей.
Местонахождение и характер расслоений объясняет их влияние в разной степени на проверяемые поверхности.

96
Наибольшее отклонение от плоскостности торцевой поверхности модели из пункта 1.12.2 составляет -0,31мм, а отклонение от параллельности основания детали к проверяемой поверхности составляет -0, 43 мм. Если проанализировать изображение плоскости (Рис. 62), построенной по измеряемым точкам, очевидно, что отклонение от плоскостности увеличиваются ближе к углу детали. Для таких отклонений характерно неправильная настройка рабочего стола или наклон направляющих валов каретки экструдера.
Отклонение угла поворота верхнего параллелепипеда от 20
о по отношению к торцевой грани основания дели из пункта 1.12.1 составляет 30’.
Отклонение положения поверхности наклонной под углом 5° поверхности модели (из пункта 2.2.1) составляет 1
о
, данное отклонение говорит о удлинении модели по оси Z.
Чистота поверхности модели 1.12.3 имеющую средние по качеству параметры шероховатости, по сравнению с другими поверхностями и другими напечатанными моделями в проведённом эксперименте находится между 3 и 4 классом, приближаясь к 4му.
На основании полученных действительных размеров, отклонений форм и расположения образцов-изделий можно определить квалитеты точности принтеров.
3d принтер Tevo печатает изделия в диапазоне точности 10-16 квалитетов и средний коэффициент точности составляет 13,2. 3d принтер flashforge печатает изделия в диапазоне точности 11-14 квалитетов и средний коэффициент точности составляет 12,6.

97 2.9 Контроль точности печати 3d принтера в процессе изготовления деталей
В процессе проведения практической части работы возникали проблемы, связанные с контролем процесса 3d печати. Например, после 10 минут печати, напечатанное основание одной из детали отсоединилось от основания рабочего стола и последующие слои печатались уже «в воздухе». Поздно замеченное отклонение от процесса печати привело потере пластика и времени.
Следствием наблюдения стала концептуальная идея, о использовании в 3d принтере 3d сканера для контроля процесса печати автоматически в реальном времени. Пример компоновки для fdm 3d принтера представлен на Рис. 69.
Рис. 69 Пример совмещения 3d сканера и 3d принтера; 1-3d принтер. 2,3- элементы триангуляционного 3d сканера.
2- камера, 3-источник лазерного луча.

98
В результате сканирования получается облако точек, которое обрабатывается программным обеспечениями преобразуется в 3d модель (Рис. 70).
Рис. 70 3d модель построенная по результатам сканирования.
В случае отклонения от процесса печати, например, отрывание детали от поверхности рабочего стола, провисание слоев, в случае недостаточного количество поддержек, 3d сканер заметит значительное отклонение печатаемой модели от исходного файла и приостановит процесс печати.
Данную идею можно реализовать не только для контроля процесса печати, но и для печати по неровным поверхностям, что можно использовать для ремонта деталей. Сломанная деталь помещается на рабочую поверхность 3d принтера, после чего деталь сканируется. По результатам сканирования инженер моделирует недостающую часть сломанной детали и отправляет ее на печать. 3D принтер начинает печать по кривым поверхностям в месте надлома детали, основываясь на скане реальной поверхности изделия. Такая технология может применяться не только при печати пластиком, но и при печати металлом.
Данная идея сложна в реализации, но уже имеет все предпосылки. Уже есть 3d сканеры, позволяющие получить 3d модель с большой точностью. Есть 3d принтеры, способные печатать на подвижных поверхностях, следя за специальными метками на этой поверхности (3d принтер-тату машина). Есть программы с

99 искусственным интеллектом, которые способны обучаться определять дефекты 3d печати. Есть методики наплавки материалов на детали (валы, шестерни).
На мой взгляд, опытные образцы 3d принтеров следящим за процессом печати, и с возможностью ремонта сломанных деталей, методом допечатывания недостающих элементов, появятся в ближайшие пару лет.

100 3 Выводы
В результате проделанной работы было сделано следующее заключение- для контроля точности 3d принтера рекомендуется использовать комплексные проверки на основании: ГОСТ 26016-83, ГОСТ ISO 230-2 2016, ГОСТ ISO 230-4- 2015;
-ГОСТ ISO 230-2 2016 позволяет определить точность и повторяемость позиционирования по всему рабочему объему 3d принтера, при помощи лазерного интерферометра;
-ГОСТ ISO 230-4-2015 позволят оценить точность перемещения осей 3d принтера в динамике, и выявить такие отклонения, которые невозможно обнаружить при помощи измерения точности позиционирования, например, погрешности реверсирования, погрешности перемещения при ускорениях и т. п. Данные отклонения важны и должны учитываться, так как во время движения экструдера происходит формирование поверхности детали. Например, погрешность реверсирования увеличит шероховатость детали в месте реверса, погрешность перемещения при ускорениях образует отклонение размеров в месте ускорения и т п;
-точность 3d печати определяется точностью перемещения печатающей головы, а также зависит от параметров экструзии и влияния внешних факторов, таких как качество охлаждения модели, температуры окружающей среды. Влияние этих факторов можно проследить при печати образца изделия основываясь на ГОСТ
26016-83, и контролю отклонений формы и размеров напечатанного изделия. В данной работе разработаны рекомендации по печати образца-изделия.
-в результате практической работы было выявлено, что квалитет точности выполняемых размеров для принтера dreamer находится в диапазоне от 11 до 14, и средний квалитет точности составляет 12,6. Так же у данного принтера выявлены такие систематические погрешности как не перпендикулярность осей X и Y, наклон рабочего стола. Квалитет точности выполняемых размеров для принтера tarantula

101 находится в диапазоне от 11 до 16, и средний квалитет точности составляет 13,2. Так же у данного принтера выявлены такие систематические погрешности как увеличение модели вдоль оси X в следствии неточной калибровки перемещения по данной оси, наклон рабочего стола. У обоих принтеров были обнаружены отклонения формы вследствие ускорения перемещения осей во время печати.
- для рамок контроля точности деталей в процессе их печати, предложена концептуальная идея о совмещении 3d принтера и 3d сканера в одном многофункциональном устройстве.

102
Список литературы
20 наиболее распространенных проблем 3D печати [В Интернете] // 3D-TODAY. - 31 12 2016 г.. - 20 2 2019 г.. - https://3dtoday.ru/blogs/garremmash/the-20-most-common- problems-of-3d-printing-part-1/.
3D-Wiki [В Интернете] // 3D-TODAY. - 15 1 2019 г.. - https://3dtoday.ru/wiki/3dprint_basics/.
Александрова В.В. Зайцева А.А. 3D-технология и когнитивное программирование
// Информационно-измерительные и управляющие системы. [Книга]. - Москва :
Радиотехника, 2012.
В.И Слюсар Новое средство трехмерного моделирования [Книга]. - Москва :
Техносфера, 2003.
В.И Слюсар От шедевров конструирования – к серийным системам [Книга]. - 2001.
В.И. Слюсар Фаббер-технологии: сам себе конструктор и фабрикант [Книга]. -
2002.
ГОСТ 18098 Межгосударственный стандарт станки координатно-расточные и координатно-шлифовальные [Книга]. - Москва : ИПК Издательство стандартов,
1994.
ГОСТ 25889.3-83 Методы проверки перпендикулярности двух плоских поверхностей образца-изделия [Книга]. - Москва : Издательство стандартов, 1983.
ГОСТ 25889.4 станки металлорежущие/ метод проверки постоянства диаметров образца-изделия [Книга]. - Москва : Издательство стандартов, 1986.
ГОСТ 26016-83 Межгосударственный стандарт станки фрезерные широкоуниверсальные инструментальные [Книга]. - Москва : ИПК Издательство стандартов, 1986.
ГОСТ 8 СТАНКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ Общие требования к испытаниям на точность [Книга]. - Москва : ИПК Издательство стандартов, 19982.
ГОСТ ISO 230 методика испытаний металлорежущих станков /Испытания на отклонения круговых траекторий [Книга]. - Москва : ФГУП
«СТАНДАРТИНФОРМ»,, 2015. - Т. 4.
ГОСТ ISO 230 Нормы и правила испытаний станков/Определение точности и повторяемости позиционирования осей станков с числовым программным управлением [Книга]. - Москва : ФГУП "СТАНДАРТИНФОРМ", 2016. - Т. 2.

103
ГОСТ Р ИСО 230 Методы измерения геометрических параметров [Книга]. -
Москва : ФГУП "СТАНДАРТИНФОРМ", 2010. - Т. 1.
Дефекты 3D печати [В Интернете] // 3D TODAY. - 7 9 2015 г.. - 12 2 2019 г.. - https://3dtoday.ru/blogs/leoluch/defects-3d-printing-will-try-to-introduce-a-classification/.
Игонина Е.В. Дружинина О.В. Особенности разработки и применения FDM- технологии при создании и прототипировании 3D-объектров [Статья] // овременные информационные технологии и ИТ-образование. - Москва : [б.н.], 2017 г.. - 2 : Т. 13.
М.А Зленко. Аддитивныетеххнологии в машиностроении [Книга]. - Москва : ГНЦ
РФ ФГУП «НАМИ» , 2015.
Моделирование методом послойного наплавления (FDM) [В Интернете] // 3D-
TODAY. - 28 12 2018 г.. - https://3dtoday.ru/wiki/FDM_print/.
Проверка и испытание станков на геометрическую и кинематическую точность, жёсткость и виброустойчивость [В Интернете] // StudFiles. - Хакасский технический институт (филиал СФУ). - 7 4 2019 г.. - https://studfiles.net/preview/5639066/page:11/.
Стандартизация сертификация и технические измерения [В Интернете] //
Карагандинский государственный технический университет. - 5 4 2019 г.. - http://lib.kstu.kz:8300/tb/books/2016/TOMiS/SSiTI/.