Wejście drukarek 3D

Współczesne technologie prototypowania poprzez druk 3D znalazły zastosowanie w badaniach dokładności wymiarowej

Jeżeli potrzebujecie niedrogich i szybko wykonywanych części prototypowych, technologia drukowania trójwymiarowego zmieści się w waszym budżecie. Ale jakiej dokładności można oczekiwać od systemów modelowania, które mieszczą się na biurku? Bardziej szczegółowych odpowiedzi udzielą wam badania wydajności sprzętu.

Todd Grimm, inżynier z firmy konsultingowej, specjalizującej się w szybkim wykonywaniu prototypów, przeprowadził badania dokładności wymiarowej trzech drukarek: ZPrinter ? produkcji firmy Z Corporation, InVisionSR ? produkcji 3D Systems i Dimension SST ? produkcji Stratasys. Wszystkie trzy urządzenia budują fizyczne prototypy metodą osadzania warstw budulca na kolejnych warstwach, odpowiadających wycinkowi danej części w modelu CAD. Urządzenia różnią się jednak rodzajem używanego materiału i sposobem jego osadzania. Wykazują też różnice w całkowitej rozdzielczości ? kombinacji grubości poszczególnych warstw, możliwościami sterowania ruchami maszyny i rozwiązaniem głowicy drukującej.

Aby sprawdzić, która z maszyn jest najlepsza, Grimm poprosił użytkowników tych trójwymiarowych drukarek o zbudowanie pary dwuczęściowych zestawów: jeden z nich to górne i dolne połówki pojemnika na baterie o wymiarach 2 × 2,5 × 1,0 cala (5,08 × 6,35 × 2,54 cm) z zawiasem i z możliwością zatrzaśnięcia. Drugi zestaw stanowiła okrągła podstawa i pokrywka na osprzęt latarki o wysokości 2,0 cala (5,08 cm) i średnicy 1,5 cala (3,81 cm). Następnie Grimm dokonał pomiaru jakości wykonania tych części, wykorzystując techniki pomiarowe z zastosowaniem skanowania laserowego i wspomagania komputerowego (statystyczna analiza wyników).

To, co zobaczył po porównaniu wyników pomiarów z wymiarami CAD, wprowadzonymi do maszyny, było dla niego zaskoczeniem. Urządzenie o najlepszej rozdzielczości budowania ? InVisionSR ? zeszło do najniższego poziomu w kategoriach absolutnej dokładności i szerokości odchylenia tolerancji. Grimm stwierdził, że większość wyników pomiarów dokładności dla tego systemu mieściła się w granicach od od ? 0,0254 do + 0,0127 cm, przy ogólnym rozłożeniu odchyłek (górnej i dolnej) w granicach 0,0508 cm.

ZPrinter zajął następny szczebel na skali dokładności, z wynikami wskazującymi, iż większość pomiarów błędów obróbki mieści się w przedziale ? 0,0127 cm, z ogólnym rozłożeniem odchyłek (górnej i dolnej) ? 0,0381 cm).

Drukarka Dimension zajęła także wysoką pozycję, z wynikami sugerującymi, że może pracować z dokładnością ? 0,00762 cm i z wąskim przedziałem tolerancji w granicach ? 0,0254 cm. ? Wyniki wskazują na to, że może rywalizować z systemami szybkiej budowy prototypów, które są znacznie droższe ? mówi Grimm.

Badania Grimma mogą pomóc inżynierom w rozeznaniu się, czego mogą oczekiwać od prototypów, wykonanych przez każdy z tych trzech systemów. Ponadto dostarczają znacznie dokładniejszej wiedzy. Najważniejsze spostrzeżenie to takie, że rozdzielczość nie jest bezpośrednio równa dokładności wymiarowej, co pozostaje w sprzeczności z konwencjonalną wiedzą. ? Dobra rozdzielczość i grubość warstwy wcale nie muszą gwarantować dobrej dokładności ? twierdzi Grimm, dodając, że tworzywo i łączniki zastosowane w druku trójwymiarowym mogą odgrywać ważną rolę, jeśli chodzi o dokładność. ? Materiały odkształcają się na różne sposoby, które trudno jest przewidzieć.

Kolejna lekcja ? to błędy pomiaru. Urządzenie mierzące współrzędne (CMM ? współrzędnościowa maszyna pomiarowa) ma ograniczoną wartość oszacowania dokładności systemów szybkiej budowy prototypów. Grimm argumentuje, że CMM wybiera zbyt mało punktów, aby uchwycić odchylenia w szybko budowanych częściach prototypowych. ? Używając CMM, można przesunąć punkt kontrolny o niewielką odległość i odkryć, że rozmiary o pozornie jednolitych cechach zmieniły się o kilka tysięcznych. W tym przypadku wykorzystanie skanowania laserowego i programu wspomagającego kontrolę (Polyworks) dały obraz dokładności znacznie bardziej szczegółowy. ? Do analizy taką metodą używane jest ponad 200 000 punktów kontrolnych na część ? stwierdził Grimm.

Ostatnia, być może najważniejsza lekcja, dotyczy usytuowania dokładności w jej właściwym miejscu.

O ile pomocna jest wiedza na temat zdolności danego urządzenia, budującego modele do wiernego odtworzenia cech precyzji, o tyle wszystkie te urządzenia mają ograniczone zdolności budowy działających prototypów. A zatem nie muszą być tak dokładne, jak wysoko zaawansowane maszyny do produkcji prototypów ? znacznie poniżej maszyn precyzyjnych. ? Dokładność tych maszyn wystarcza do ich zamierzonego użycia ? mówi Grimm. ? Nawet najmniej dokładna z nich robi zupełnie niezłe części. Prototyp części maszyny ma na celu stwierdzenie poprawności konstrukcji i przeanalizowanie współpracy mechanizmów. I do tego możliwości prezentowanych urządzeń są wystarczające.

Joseph Ogando