Устройства вывода 3D графической информации

Областью применения трехмерных устройств вывода графической информации («3D принтеры») являются технологии RPM(=Rapid Prototyping and Manufacturing) для изготовления прототипов для ускоренной подготовки к производству.

В условиях быстрой сменяемости объектов производства и острой конкурентной борьбы за рынок сбыта, актуальна задача изготовления прототипа в сжатые сроки. Современные технологические средства позволяют эффективно решить эту задачу не прибегая к традиционным методам, связанным с механической обработкой материалов. Изготовление прототипов осуществляется по CAD-данным. В качестве исходных данных используется трехмерная математическая модель, представленная в формате STL, называемом иначе форматом стереолитографии. В этом формате информация об объекте включает список треугольных граней (триангулированная грань), которые описывают поверхность его твердотельной модели с заданной точностью. Построенная с помощью математических методов пространственная модель, преобразованная в STL-файл, изготовляется в соответствующих установках.

Изготовленный прототип позволяет визуально оценить изделие, проверить его собираемость с другими деталями и комплектующим, представить изделие на презентациях.

Основные процессы (технологии) для изготовления пространственной модели прототипа:

Cтереолитические SLA процесс (Stereo Lithography Apparatus), создающую модели методом послойного отвердевания фотополимера воздействием луча лазера. Подробно о стереолитографии можно узнать по адресу http://www.laser.ru/rapid/info/index.html

LOM-процесс (Laminated Object Manufacturing), предложенный американской фирмой Helisys. Прототип изделия получается путем склеивания (ламинирования) множества тонких слоев адгезионного рулонного материала, вырезаемых с помощью лазерного луча (LOM1) или механического резака (LOM2).

FDM процесс (Fused Deposition Modeling), разработанную фирмой Stratasys. В соответствии с этим процессом из специальной фильеры в виде нити экструдируется термопластичный материал (полимерная нить), который слой за слоем создает прототип желаемого изделия.

SGC-процесс (Solid Ground Curing), предложенный фирмой Cubital. В этом процессе также используется полимер, твердеющий под действием ультрафиолетовых лучей, однако экспозиция слоя вещества лазерным излучением происходит через специальную маску, нанесенную на стеклянную пластину.

SLS-процесс (Selective Laser Sintering), изобретенный фирмой DTM. В этом процессе лазер используется как источник тепла для сплавления специального порошкового материала, из которого формируется оболочковая форма создаваемого объекта.

DSPC-процесс (Direct Shell Production Casting), созданный фирмой Solingen, в котором с помощью струйной головки в керамический порошковый материал впрыскивался жидкий отвердитель, при естественном застывании последнего формируется оболочка, пригодная для получения литьевой формы.

Системы MM (Model Maker) и BMP (Ballistic Particle Manufacturing), компаний Sanders Prototype и BMP Technology соответственно, в которых для создания прототипа из воскоподобного вещества использовались струйные головки.

Преимущества и недостатки прототипирования:

Наибольшее преимущество современных технологий быстрого прототипирования – время создания детали. Детали, на создание которых раньше уходили недели и месяцы, сегодня могут быть созданы как физические объекты в течение нескольких дней или, в некоторых случаях, нескольких часов.

Обратная сторона данных технологий – материал. Он не является материалом серийной детали и имеет отличия по механическим и химическим свойствам. Это влияет на возможность использования прототипов, полученных с использованием технологий быстрого прототипирования, в функциональном тестировании. Например, прототип, выполненный по технологии SLA, не может быть использован в горячей среде, так как имеет низкую температурную устойчивость.