Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕТРА ВЕЛИКОГО»

ИНСТИТУТ ПРОМЫШЛЕННОГО МЕНЕДЖМЕНТА, ЭКОНОМИКИ И ТОРГОВЛИ

Кафедра информационных систем и информационных технологий

Контрольная работа

на тему: «FDM и LOM 3D печать, как современные технологии изготовления»

по дисциплине: «Передовые производственные технологии»

Выполнил: Рухлов С.А.

Проверил: Терещенко В.В.

Санкт-Петербург - 2017 г.

Содержание

• Введение
• 1. Послойное наплавление (Fusing Deposition Modeling, FDM)
• 2. Послойное склеивание пленок (Laminated Object Manufacturing, LOM)
• Заключение
• Список использованной литературы

Введение

Многие вещи в нашем мире постоянны и изменяются крайне редко. Однако, к это не касается передовых технологий. Постоянно обновляющиеся, они обрушиваются на жизнь человека, заставляя удивляться и все больше восхищаться.

Современный мир невозможно представить без информационных технологий. Они все глубже проникают в нашу жизнь, захватывая все больше и больше наук - информатику и информационные технологии, математику, физику. Повсеместно используемые - в образовании, бизнесе, строительстве, развлечениях - информационные технологии совершенствуются и превосходят самих себя с каждым днем.

Информационное общество нуждается в новейших разработках, альтернативе прошлому веку, что говорит об актуальности данной работы. На помощь приходят 3D-технологии. Все чаще и чаще их можно встретить в нашей жизни: печати, телевизорах, принтерах. Не обходится без 3D-инноваций и в сфере развлечений, большинство кинопремьер показываются нам в излюбленном для многих формате - 3D, но несомненно есть сферы, где широко применяется 3D печать.

Целью данной работы найти ответы на интересующие нас вопросы, а именно:

1. Что такое 3D принтер?

2. Преимущества 3D-печати.

3. Вид печати - FDM и LOM.

Что из себя представляет 3D принтер?

Традиционно словом “принтер” мы называем устройство, выводящее на бумагу некоторую информацию. Бумага - это всегда плоскость (если ее не сгибать или сворачивать) и информация, отображаемая на ней, - двумерная. Поэтому традиционные принтеры можно называть “2D принтерами”. Трехмерный или 3D принтер - это устройство вывода трехмерных данных (как правило, объемной геометрии). То есть результатом его работы является некоторый физический объект или же его детали.

В основе технологии 3D печати лежит принцип послойной 3D печати. Струйная печатающая головка распределяет жидкий клеевой состав на водной основе, который склеивает порошок, формируя при этом слои будущей детали. Клей, поочередно поступающий в каждую печатающую головку, распределяется в соответствии с заданной программой и застывает сразу же после нанесения. После завершения формирования одного уровня вращающаяся головка проверяет его толщину и приступает к работе над следующим. По окончании процесса печати прототип извлекается из массы порошка. Порошок, не использованный в процессе построения модели, применяется для печати следующих моделей.

Стоимость услуги 3D-принтеров сильно зависит и от объёма заказа, и от материала, и от технологии. Кому и зачем? О главном назначении всех технологий 3D-печати недвусмысленно говорит их часто употребляемое общее название - rapid prototyping (RP), быстрое изготовление прототипов. Сегодня без 3D-принтеров не могут обойтись медицинское моделирование (протезирование, моделирование органов и пр.), обувная промышленность, мелкосерийное литейное производство, картография, геодезия, ландшафтный и архитектурный дизайн и многие другие отрасли. В машиностроении, автомобильной или авиационной промышленности проведение конструкторских работ без технологий быстрого прототипирования уже и не мыслится.

Оказывается, представители ювелирного дела чуть ли не первыми взяли RP-технологии на вооружение, а также художники-скульпторы. Снижение издержек - Мировая практика показывает, что прототипирование изделий на стадии проектирования позволяет в 2-4 раза сократить сроки разработки и технической подготовки производства новой продукции. Таким образом, 3D-выращивание - одна из самых простых и доступных технологий быстрого прототипирования. С помощью 3D-прототипирования еще на этапе проектирования можно оценить результат и внести необходимые изменения в проект - трехмерное прототипирование позволяет тем самым снизить издержки, связанные с разработкой продукции.

Преимущества 3D-печати

В технологии 3D-печати есть, как минимум, два неоспоримых преимущества в индустрии развития: скорость и индивидуализация.

· Во-первых, скорость. На изготовление 3D-печатной оптики, деталей и даже целых приборов (начиная с момента моделирования и заканчивая отправкой клиенту) уходит всего несколько дней. Так как для осуществления процесса Printoptical не требуются моды, инструменты и постобработка (полировка, шлифовка или окрашивание), время производства значительно сокращается. Более того, форма и сложность заказанного клиентом прибора ничуть не сказывается на общем времени производства. Так как время (и инструменты) стоят денег, технология 3D-печати становится не только более удобной, но и экономически выгодной.

· Во-вторых, индивидуализация. Мы вновь и вновь видим примеры того, что массовое производство начинает терять свою привлекательность на фоне более личностных, иначе сказать индивидуальных товаров. Потребители вовсе не горят желанием складывать у себя на складе тюки и коробки с одинаковой заграничной продукцией, которые будут пылиться там месяцами. Следовательно, производителям куда интереснее изготавливать товар по требованию и на местном уровне.

Благодаря технологии 3D-печати дизайнеры и инженеры могут отказаться от привычных стандартов и начать выпускать совершенно новые варианты осветительных приборов. Вид печати - FDM и LOM

принтер печать послойный пленка

Как и во всех остальных рассмотренных нами технологиях, модель при FDM-печати создается послойно. Для изготовления очередного слоя термопластичный материал нагревается в печатающей головке до полужидкого состояния и выдавливается в виде нити через сопло с отверстием малого диаметра, оседая на поверхности рабочего стола (для первого слоя) или на предыдущем слое, соединяясь с ним. Головка перемещается в горизонтальной плоскости и постепенно «рисует» нужный слой -- контуры и заполнение между ними, после чего происходит вертикальное перемещение (чаще всего опусканием стола, но есть модели, в которых приподнимается головка) на толщину слоя и процесс повторяется до тех пор, пока модель не будет построена полностью.

В качестве расходного материала чаще всего используются различные пластики, хотя есть и модели, позволяющие работать с другими материалами -- оловом, сплавами металлов с невысокой температурой плавления и даже шоколадом.

Минусы, присущие данной методике, очевидны:

Ш невысокая скорость работы (но, собственно, очень уж высокой скоростью не могут похвастать и другие технологии: для построения крупных и сложных моделей требуются многие часы и даже десятки часов);

Ш небольшая разрешающая способность как по горизонтали, так и по вертикали, что приводит к более или менее заметной слоистости поверхности изготовленной модели;

Ш проблемы с фиксацией модели на рабочем столе (первый слой должен прилипнуть к поверхности платформы, но так, чтобы готовую модель можно было снять); их пытаются решить разными способами -- подогревом рабочего стола, нанесением на него различных покрытий, однако совсем и всегда избежать не получается;

Ш для нависающих элементов требуется создание поддерживающих структур, которые впоследствии приходится удалять, но даже с учетом этого некоторые модели попросту невозможно сделать на FDM-принтере за один цикл, и приходится разбивать их на детали с последующим соединением склейкой или другим способом.

Таким образом, для очень многих образцов, изготовленных по технологии FDM, потребуется более или менее сложная финишная обработка, которую сложно или невозможно механизировать, поэтому в основном она производится вручную. Есть и менее очевидные недостатки, например, зависимость прочности от направления, в котором прикладывается усилие. Так, можно сделать образец достаточно прочным на сжатие в направлении, перпендикулярном расположению слоев, но вот на скручивание он будет гораздо менее прочным: возможен разрыв по границе слоев. Другой момент в той или иной мере присущ любой технологии, связанной с нагревом: это термоусадка, которая приводит к изменению размеров образца после остывания. Конечно, тут много зависит от свойств используемого материала, но порой нельзя примириться даже с изменениями в несколько десятых долей процента. Далее: технология может показаться безотходной только на первый взгляд. И речь не только о поддерживающих структурах в сложных моделях, немало пластика уходит в отходы даже у опытного оператора при подборе оптимального для конкретной модели режима печати. Почему же при таком количестве проблем эта технология сейчас стала столь популярной? Главная и определяющая причина -- цена как на сами принтеры, так и на расходные материалы к ним. Первым важным толчком в процессе продвижения FDM-принтеров «в массы» стало истечение в 2009 году срока действия патентов, вследствие чего за пять лет цены на такие принтеры снизились более чем на порядок, а если рассмотреть крайности (самые дорогие до 2009 года и самые дешевые сегодня), то и на два порядка: цена на самые дешевые принтеры китайского производства сегодня составляет всего 300-400 долларов -- правда, скорее всего покупатель в них моментально разочаруется. Более приличные принтеры начального уровня сейчас имеют цену уже ближе к $1200-1500.

Конечно, создаваемые таким образом принтеры чаще всего далеки от совершенства даже в рамках технологии FDM, но они позволяют с минимальными финансовыми затратами создать вполне работоспособный аппарат. Нужно отметить: сегодня вовсе не обязательно искать обладателя принтера, чтобы напечатать возможные детали, и бегать по магазинам в поисках остального; предлагаются полные наборы для самостоятельной сборки принтера, так называемые DIY kits (от «Do It Yourself» -- сделай это сам), которые позволяют и заметно сэкономить, и избежать лишней беготни и хлопот, да к тому же содержат подробные инструкции по сборке. Но есть простор и для тех, кто не хочет замыкаться в рамки готовых конструкций и желает внести в них что-то свое: есть масса предложений по любым отдельным комплектующим для подобных принтеров.

Еще одна положительная сторона развития проекта RepRap -- появление и совершенствование различного программного обеспечения для работы с подобными 3D-принтерами, причем распространяемого свободно. В этом немаловажное отличие от аппаратов, выпускаемых именитыми производителями, которые работают только с собственным ПО.

В принципе, проект не замыкается на технологии FDM, но пока именно она является наиболее доступной, равно как наиболее доступным материалом является пластиковая нить, которая и используется в подавляющем большинстве принтеров, создаваемых на базе разработок RepRap.

Широкое распространение FDM-принтеров привело к увеличению спроса на расходные материалы к ним; предложение не могло не последовать за спросом, и произошло то же самое, что и с самими принтерами: цены рухнули. Если на старых интернет-страницах, посвященных FDM-технологиям, встречаются упоминания цен на уровне 2-3 и даже более сотен евро за килограмм пластиковой нити, то сейчас повсеместно речь идет о десятках евро, и лишь на новые материалы с необычными свойствами цена может достигать сотни долларов или евро за килограмм. Правда, если раньше продавались в основном «фирменные» материалы, то теперь зачастую предлагается нить непонятного происхождения и неопределенного качества, но это неизбежно сопутствует популярности.

Помимо цены, у FDM-принтеров есть другие достоинства, связанные с возможностями технологии. Так, очень легко оснастить принтер второй печатающей головкой, которая может подавать нить из легко удаляемого материала для создании поддержек в сложных моделях. Внеся краситель при изготовлении пластиковой нити, можно получать различные, очень яркие цвета.

Да и сам материал нити может иметь самые разные свойства, поэтому рассмотрим вкратце наиболее распространенные типы. Пластиковая нить может быть двух стандартных диаметров: 1,75 и 3 мм. Естественно, они не взаимозаменяемы, и выбор нужного диаметра следует уточнять по спецификации принтера. Поставляется пластик на катушках и измеряется не длиной, а весом. Для FDM-принтеров некоторых производителей (например, CubeX от 3D Systems) нужно покупать не катушки, а специальные картриджи с нитью, которые в пересчете на килограмм обходятся заметно дороже, но производитель гарантирует качество материала -- словом, всё точно так, как в обычных принтерах: «оригинальная» и «совместимая» расходка.

Для каждого типа материала должны быть известны рабочая температура, до которой должен нагреваться материал в печатающей головке, и температура подогрева рабочего стола (платформы) для лучшего прилипания первого слоя. Эти величины не всегда одинаковы для любого образца нити, сделанной из материала одного типа, поэтому мы указываем примерный диапазон; по идее, оптимальные температуры должны указываться на этикетке катушки или в сопроводительном документе, но это происходит далеко не всегда, и зачастую их приходится подбирать экспериментально.

Основными материалами для FDM-принтеров являются пластики ABS и PLA.

ABS (акрилонитрилбутадиенстирол, АБС) -- это ударопрочная техническая термопластическая смола на основе сополимера акрилонитрила с бутадиеном и стиролом. Сырьем для его производства является нефть. Этот пластик непрозрачный, легко окрашивается в разные цвета.

Достоинства ABS:

· долговечность,

· ударопрочность и относительная эластичность,

· нетоксичность,

· влаго- и маслостойкость,

· стойкость к щелочам и кислотам,

· широкий диапазон эксплуатационных температур: от ?40?°С до +90?°С, у модифицированных марок до 103-113?°С.

К достоинствам следует отнести невысокую стоимость, растворимость в ацетоне (что позволяет не только склеивать детали из ABS, но также сглаживать с помощью ацетона неровную поверхность). ABS более жесткий, чем PLA, и потому сохраняет форму при больших нагрузках.

Из недостатков надо упомянуть следующие:

· несовместимость с пищевыми продуктами, особенно горячими, поскольку при определенных условиях (высокой температуре) может выделять циановодород,

· неустойчивость к ультрафиолетовому излучению (т.?е. не любит прямых солнечных лучей),

· термоусадка заметно выше, чем у PLA,

· более хрупкий, чем PLA.

Рабочая температура выше, чем у PLA, и находится в диапазоне 210-270?°С. При работе с нитью ABS ощущается слабый запах. Кроме того, для лучшего прилипания первого слоя модели к рабочему столу требуется подогрев стола примерно до 110 градусов.

Про цену: встречаются упоминания $30-40 за килограммовую катушку. Реально цены в России начинаются от 1500 (мелкий опт) до 2000 и более (розница) рублей за килограмм, если речь идет о китайских производителях. ABS-нить от известных фирм, изготовленная в США, может быть в полтора-два раза дороже.

2. Послойное склеивание пленок (Laminated Object Manufacturing, LOM)

В ходе данной работы были изучены основные понятия, связанные с 3D проектированием, кроме того были рассмотрены такие узкие темы, как способы печати на 3D принтерах, их плюсы и минусы.

3D печать, 3D проектирование и современное общество, да и мир в целом, на мой взгляд неразрывно связанны между собой, поэтому для того, чтобы шагать в «ногу со временем», человек должен изучать передовые производственные технологии, как и для личного развития, так и для развития науки в целом. В учебных учреждениях нам дается лишь малая часть знаний во всех областях и 3D печать и 3D проектирование - тому не исключение, поэтому нужно совершенствовать свои знания самостоятельно, чтобы быть в курсе, что представляют передовые производственные технологии на сегодняшний день.

В заключении могу добавить, что поставленная цель работы достигнута, задачи выполнены.

Список использованной литературы

1. Б/а, 3D принтеры, 3D печать, [https://ru.wikipedia.org/wiki/Резервное_копирование]

2. Б/а, FDM, LOM [https://ru.wikipedia.org/wiki/Отладка_программы]

3. Б/а, Основы 3D печати, Б/д, [http://www.webkursovik.ru/kartgotrab.asp?id=-158681/]

4. Б/а, Предмет и основные понятия 3D печати, б/д, [http://presfiz.narod.ru/inf/urok1.htm]

5. Б/а, Методы печати FDM и LOT, [http://www.ixbt.com/printer/3d/3d_tech.shtml]

Размещено на Allbest.ru