Файл: Температураны бетіні кедірбдырлыы мен кеуектілігіне андай.pdf

15
Рисунок 6 − Стиль внутренней части детали разреженного типа
Рисунок 7 − Разреженный-двойной плотный тип детали внутреннего стиля
1.3 Преимущества и ограничения
Процесс FDM предлагает несколько преимуществ:
1. Простота, безопасность и простота использования: машины FDM безопасны, надежны, просты в использовании и удобны для офиса. Там нет токсичных материалов, обработки порошка, интенсивного нагрева или лазера. Это стало одной из главных причин широкого внедрения систем FDM. Детали можно обрабатывать практически сразу после изготовления. За исключением удаления поддержки, почти никакой постобработки не требуется. Затраты на техническое обслуживание очень низкие. Машины могут работать без присмотра часами.
2. Отсутствие потерь материала: будучи процессом, основанным на экструзии, для создания детали и создания опор используется только необходимое количество нитевидного материала. Программное обеспечение FDM также обеспечивает оценку требуемого материала модели и времени сборки до начала фактического процесса.
3. Разнообразие стилей сборки: программное обеспечение процесса FDM позволяет использовать широкие возможности стилей сборки траектории инструмента, используемых в каждом слое, изменяя соответствующие переменные процесса, такие как ширина растра, шаблон заливки, угол растра и воздушные зазоры. Это позволяет пользователям создавать внутренне заполненные твердые детали или пористые детали различной внутренней архитектуры.
4. Разнообразие инженерных полимеров: системы Stratasys FDM предлагают широкий спектр инженерных материалов с высокой прочностью и хорошими механическими свойствами. ABS и PC являются распространенными инженерными материалами.
Следовательно, детали, изготовленные из этих материалов, хороши для функционального тестирования. Твердые детали, изготовленные из этих материалов на машинах FDM, очень подходят для предполагаемого промышленного применения.
5. Потенциал для новых материалов: простота процесса FDM дает возможность вводить новые материалы, как полимеры, так и композиты,

16 для этого процесса до тех пор, пока материал может быть изготовлен в виде исходной нити накала с требуемыми технологическими свойствами. Это открыло совершенно новую область исследований в области разработки новых материалов для процесса FDM.
6. Простота замены материала: машины FDM используют исходные нити в катушках или картриджах. Поэтому требуется минимальное усилие для замены материала на машине FDM.
7. Легкость удаления опоры: как правило, опоры легко отрываются вручную от моделей. Stratasys также обеспечивает водорастворимую опорную систему или отрывную опорную систему, которая позволяет легко удалять ее вручную или легко удалять в водном растворе.
FDM также имеет некоторые ограничения:
1. Поверхностная отделка и точность: По мере того, как материал нити выдавливается через круглое отверстие модельного наконечника, осажденные шарики имеют круглое сечение. Это ограничивает точность деталей. Кроме того, из-за послойного процесса осаждения эффект лестницы на наклонных или криволинейных поверхностях обычно вызывает зернистую отделку поверхности. Однако большинство систем
FDM обеспечивают хорошую, приемлемую точность и чистоту поверхности для большинства применений инженерного проектирования.
2. Скорость сборки: как правило, скорость сборки медленная, потому что один наконечник модели обычно используется для нанесения материала для заполнения каждого слоя детали в стиле растрового/контурного движения. Высокая вязкость модельного материала ограничивает скорость потока материала через наконечник модели и, следовательно, ограничивает скорость сборки.
3. Исходные нити: Материал FDM должен быть изготовлен в виде нити требуемого диаметра (примерно 1,7 мм) и требуемых механических и реологических свойств. Любой новый материал, который будет введен, также должен соответствовать этим требованиям.
4. Анизотропные свойства: поскольку детали строятся путем осаждения экструдированных дорог, механические свойства деталей не одинаковы во всех направлениях. Ориентация детали на сборочном столе также влияет на механическую прочность детали в различных направлениях сборки.

17 плавления находится в диапазоне температур, в котором головка ожижителя
FDM позволяет нагревать свою нить. Пользователи часто заявляют, что свойства материала являются наиболее важным фактором для процесса FDM.
Поэтому очень важны свойства материала, соответствующие предполагаемому применению пользователей. Разнообразие высокопрочных инженерных материалов является одной из самых сильных сторон FDM.
Все машины Stratasys FDM допускают некоторую форму термопластов
ABS. Стандартный ABS-пластик отличается высокой прочностью и коррозионной стойкостью по отношению к своей стоимости. После того, как деталь изготовлена с использованием этого материала, ее можно шлифовать, сверлить или иным образом манипулировать, чтобы улучшить ее отделку и посадку без ущерба для ее прочности. Его устойчивость к агрессивным химическим веществам и теплу также позволяет использовать его в условиях, когда многие другие материалы могут выйти из строя. ABS-пластик имеет дополнительный бонус в том, что он может выпускаться в различных цветах.
Конкретные типы FDM-материалов Stratasys обладают специфическими свойствами, описанными ниже.
ABSplus — это настоящий производственный термопластик и идеальный материал для концептуального моделирования, подгонки и функционального прототипирования, а также конечных деталей. Он обладает более высокой прочностью на растяжение, удар и изгиб, чем стандартный
ABS. Он доступен в самых разных цветах.
ABSi — это полупрозрачный материал, идеально подходящий для контроля потока материала и светопропускания, наиболее часто используемый в медицине и автомобилестроении. Он также обладает прочностью, превосходящей стандартный АБС, и является идеальным материалом для концептуальных моделей, функционального прототипирования и прямого цифрового производства.
ABS-M30 обладает большей прочностью на растяжение, удар и изгиб, чем стандартный ABS. Склеивание слоев более прочное, чем у стандартного
ABS, для более прочной детали. Это подходит для более реалистичных функциональных тестов и более качественных деталей для конечного использования. Кроме того, это идеальный материал для концептуального моделирования, функционального прототипирования, изготовления инструментов и деталей конечного использования.
ABS-M30i — это высокопрочный материал, хорошо подходящий для медицинской, фармацевтической и пищевой промышленности. Он биосовместим (ISO 10993 USP Class VI) и может быть стерилизован гамма- излучением или окисью этилена (EtO). Он очень подходит для применений, требующих высокой прочности и стерилизации.
ABS-ESD7 (ABS-электростатический диссипативный) — это ABS- термопластик со статическими диссипативными свойствами для применений, где статический заряд может повредить изделия и ухудшить их эксплуатационные характеристики. Он идеально подходит для электронных изделий с печатными платами, а также для транспорта и промышленного

18 оборудования. Наиболее широко используется для создания приспособлений для сборки электронных компонентов, но также полезен для создания функциональных прототипов продуктов хранения и доставки топлива, а также корпусов и упаковок.
PC — это обычный промышленный пластик, широко используемый в автомобильной, аэрокосмической, медицинской и многих других областях применения. PC обеспечивает надежность, долговечность и стабильность, создавая прочные детали, которые выдерживают функциональные испытания.
Он также обладает превосходными механическими свойствами по сравнению с ABS и рядом других термопластов. Он подходит для концептуальных моделей, функционального прототипирования, производственных инструментов и деталей конечного использования.
PC-ABS − один из наиболее широко используемых промышленных термопластов. PC-ABS обладает наиболее желательными свойствами обоих материалов. Он обладает превосходной прочностью и термостойкостью PC, и отличным определением характеристик ABS. Он обладает самой высокой ударной прочностью.
Смеси
PC-ABS широко используются в автомобилестроении, электронике и телекоммуникациях.
PC-ISO — это самый прочный, самый термостойкий биосовместимый материал, доступный с FDM. Он стерилизуется гамма и EtO и соответствует стандартам ISO 10993 и USP класса IV. PC-ISO обычно используется в упаковке пищевых продуктов и лекарств, а также в производстве медицинских изделий из-за прочности материала и медицинской совместимости.
Материал PPSF/PPSU обладает высокой термостойкостью и химической стойкостью. Он идеально подходит для аэрокосмической, автомобильной и медицинской промышленности. Он обладает самой высокой термостойкостью из всех термопластов FDM, хорошей механической прочностью и устойчивостью к нефти и растворителям. Он подходит для применения в едких и высокотемпературных средах. Кроме того, он стерилизуется гамма,
EtO и автоклавом.
ULTEM*
9085
(полиэфиримид)
— это огнезащитный высокоэффективный термопластик для прямого цифрового производства и быстрого прототипирования. Он идеально подходит для транспортной отрасли благодаря высокому соотношению прочности к весу и классу FST
(пламя, дым и токсичность). Существующие сертификаты этого уникального материала делают его отличным выбором для коммерческой транспортной отрасли, особенно для аэрокосмической, морской и наземной техники.

19
2 Программное обеспечение FDM Insight
FDM-машина использует мощное программное обеспечение Insight для подготовки и обработки STL-файла модели детали для построения на машине
FDM. Используя это программное обеспечение, пользователь откроет файл
STL, настроит машину, сориентирует модель, сделает срез модели, сгенерирует опоры и пути инструмента для модели и опор, создаст файл пути инструмента (называемый CMB/SML-файл) и отправит файл пути инструмента на машину для сборки деталей. Файл CMB или SML — это сжатый файл, содержащий все данные, необходимые машине FDM для сборки детали. Он содержит данные о слоях, граничных контурах и контурах инструментов. Создание файла CMB требует детальных шагов нарезки модели, построения опор и вычислительных путей инструментов. На рис. 8 показано окно программы Insight.
Insight обеспечивает несколько уровней вовлечения пользователя – от кнопочного, автоматизированного управления до детальной настройки параметров и траекторий движения инструмента. Опытные пользователи могут использовать расширенные параметры настройки и встроенные стили для точного контроля качества деталей, точности, времени сборки и использования материала, а также генерировать соответствующий CMB-файл.
Для более быстрой обработки программное обеспечение Insight предоставляет кнопку Auto-Build", которая позволяет автоматически обрабатывать нарезку, построение опор и создание траекторий инструмента в последовательности с использованием текущих значений параметров.
Базовая процедура построения модели с использованием программного обеспечения Insight состоит из следующих основных шагов с использованием различных окон и всплывающих меню программного обеспечения Insight:
1. Открытие файла STL: пользователь сначала открывает файл STL модели детали в окнах Insight.
2. Настройка моделирования: пользователь выбирает тип моделирования
(машина FDM), материал модели, вспомогательные материалы, размеры экструзионных наконечников модели и опоры, а также высоту среза, который будет использоваться для текущей работы.
Рисунок 8 − Окно FDM обрабатывающего программного обеспечения Insight.

20 3. Выбор стили сборки деталей: пользователь выбирает параметры для определения различных аспектов построения задания. Наконечник сопла будет осаждать материал в соответствии с этими стилями сборки.
Они варьируются в зависимости от того, какой тип моделирования
(машина FDM) используется. Они могут включать в себя следующее: a) Выберите стиль заливки детали: выбор периметра/растров используется для большинства деталей, поскольку он создает заливку детали, состоящую из одного внешнего периметра и внутренней растровой заливки. Выбор контуров по глубине заполняет деталь внешним периметром, внутренними контурами и внутренними растровыми заливками; b) Выберите стиль интерьера детали: solid-normal полностью заполняет деталь, sparse построит деталь с полым сотовым интерьером с твердой внешней стенкой, sparse-double dense похож на sparse, но использует растровый узор перекрестия для сот (вместо однонаправленного, используемого в sparse) для дополнительной прочности; c) Выбор видимых поверхностей: выбор параметра fine позволит обнаружить открытые поверхности в файле и использовать более узкие траектории инструментов на этих слоях для улучшения внешнего вида модели; d) Выберите стиль поддержки: разреженный стиль минимизирует количество используемого материала поддержки. Это хорошо работает для всех частей. Большинство опорных конструкций будут окружены опорной периметральной дорожкой. Базовый стиль — это стандартная структура поддержки растрового рисунка. Объемное звучание используется для высоких, тонких деталей, и такие опоры полностью окружают элементы детали. Стиль отрыва использует дискретные коробки и может быть легче удален; e) Выберите режим сборки: режим draft подчеркнет скорость сборки детали, а нормальный режим подчеркнет качество сборки детали. Эта опция видна только для моделистов FDM Titan и FDM Vantage с определенными комбинациями модельного материала и высота среза. Нормальный режим может быть выбран для незначительного снижения скорости сборки и улучшения качества деталей.
4. Ориентация модели STL: пользователь проверяет ориентацию и масштаб файла STL перед нарезкой. Правильная ориентация влияет на прочность, время сборки и внешний вид детали. В зависимости от формы, это может также иметь значение между тем, помещается ли деталь в оболочку моделирования или нет. Чтобы сократить время сборки, деталь ориентирована так, чтобы требовались минимальные опоры. Чтобы придать детали наилучший внешний вид, ее ориентируют так, чтобы срезы наслаивались один на другой по вертикальной плоскости.
5. Срез модели STL: операция среза срезает деталь, используя текущее

21 значение высоты среза (толщины слоя), заданное на панели управления срезом. Значение высоты среза зависит от материала и размера наконечника. Когда операция среза будет завершена, окно сообщения уведомит пользователя о любых проблемах в кривых детали. Особенно важно, чтобы все кривые детали были замкнутыми кривыми.
Пользователь может использовать опцию редактирования кривой, чтобы исправить любые открытые кривые, прежде чем приступить к созданию опор.
6. Генерация опор: пользователь генерирует опоры, нажав на значок опор на главной панели инструментов. Поддержка по умолчанию, сгенерированная Insight, приведет к успешной сборке.
7. Генерация траекторий инструментов: пользователь генерирует траектории инструментов, нажав на значок траектории инструментов на главной панели инструментов. Это позволит сгенерировать траектории инструмента как для модели, так и для опор на основе геометрии кривой и заданных параметров.
8. Осмотр траекторий инструмента: настоятельно рекомендуется, чтобы пользователь визуально осмотрел траектории инструмента на каждом слое детали перед отправкой ее моделисту. Любые проблемы
(отсутствующие пути инструмента, области детали, которые слишком малы для сборки и т. д.) могут быть найдены и исправлены в это время.
9. Отправка в окно Pack и загрузки: как только пользователь удовлетворен тем, как была обработана деталь, пути инструмента загружаются в окно
Pack и загрузки, нажав на значок сборки.
10. Отправка CMB-файл в систему FDM: нажав на кнопку Build Job в окне
Pack Центра управления FDM, вы отправите файл CMB на машину FDM для сборки.

22
3 Шероховатость и пористость поверхности
Среди критических свойств обработанных FDM-изделий − качество их поверхности и точность размеров. На шероховатость поверхности больше всего влияет толщина слоя, а затем ширина растра и ориентация здания детали.
Последний параметр значительно влияет на точность размеров, а затем и на толщину слоя. Небольшая толщина слоя, а также небольшая растровая ширина нитей улучшают качество поверхности. Пустота между наплавленными нитями, называемая “воздушным зазором”, являющаяся важнейшим параметром конечной части FDM, оказывает большее влияние на точность размеров, чем шероховатость поверхности.
Существует три типа воздушных зазоров. Положительный воздушный зазор означает наличие пустоты между дорогами; нулевой зазор означает, что между ними нет пустот (они касаются друг друга); отрицательный - что дороги перекрываются. Пористость детали незаменима в случае изделий FDM- режима, благодаря способу изготовления, основанному на дорожном осаждении рядом друг с другом. Использование отрицательных коэффициентов воздушного зазора может снизить пористость, что уменьшает размерные погрешности, но ухудшает качество поверхности конечных деталей. Поэтому для достижения минимальной размерной погрешности и обеспечения хорошего качества поверхности рекомендуется использовать следующую комбинацию: малая толщина слоя, средняя ширина растра, нулевой воздушный зазор и ориентация стержней 0°/90°. Кроме того, некоторые эстетические дефекты могут быть устранены методами постобработки, в том числе механическими, такими как фрезерование, ЧПУ, абразивная или вибрационная обработка чаши, или химическими методами путем применения пара или небольшого количества ацетона для растворения шероховатых или пористых деталей с целью достижения наилучшего конечного качества.
Исследовано также влияние растрового угла на эстетические свойства конечных деталей. Установлено, что влияние этого параметра зависит от печатаемого материала. Как правило, углы +45°/-45° дают наилучшее качество поверхности и точность размеров. Эстетические свойства конечных изделий из FDM в основном зависят от толщины слоя и ориентации печати.
Рисунок 9− Низкая адгезия вдоль стыка между слоями в детали с FDM- печатью