Поиск на Портале

Опубликовано: 03 апреля 2018 г.

Сплав технологий: 3D-печать в NX CAM

категории:  Статьи   просмотров: 7050

Введение

В рамках современного производства трехмерная печать – уже объективная реальность. Она используется не только для прототипирования, но и для выпуска готовых изделий и/или их частей. Когда стоимость оборудования для 3D-печати сравняется с ценой на привычные станки и обрабатывающие комплексы, новый технологический процесс неизбежно начнет конкурировать с традиционными подходами. Компаниям, у которых есть пусть даже скромный станочный парк, необходимо быть к этому готовыми. Уже сейчас Siemens, крупный разработчик программных комплексов для проектирования, поддерживает трехмерную печать в полном объеме. Этот обзор подготовлен для того, чтобы помочь профессионалам составить свое мнение, как передовой техпроцесс можно будет интегрировать в рамки существующего производства.

Когда внедрять аддитивное производство?

Экономика - ключ к повсеместному распространению новых технологических процессов. Когда вы производите одну деталь в рамках традиционного подхода, вам необходимо вернуть затраты на технологическую подготовку производства, поэтому издержки на единицу готовой продукции очень высоки. Когда вы производите миллион копий, издержки на единицу крайне малы, и стоимость единицы продукции тоже будет ниже. В этом контексте трехмерная печать выглядит крайне привлекательно. Объем экономии по сравнению с традиционными методами производства увеличивается по мере того, как конструкция становится более сложной.

Аддитивное производство в трактовке Siemens

Процесс аддитивного производства состоит из следующих шагов:

- Проектирование
- Топологическая оптимизация
- Адаптация
- Анализ и проверка
- Подготовка производства
- Печать и последующая обработка


Проектирование

В проектировании с использованием фасетных тел компания Siemens предлагает революционный подход с использованием конвергентных тел. Конвергентное тело — это представление фасетного тела в ядре твердотельного моделирования Parasolid. Пользователю больше нет необходимости при изменении геометрии фасетного тела работать с отдельными фасетами, а он может для работы с фасетным телом использовать стандартные функции моделирования NX - работать с конвергентным телом так же, как обычным твердым телом NX.

Решетчатые структуры для аддитивного производства

При проектировании деталей для аддитивного производства появилась возможность широкого использования решетчатых структур для снижения веса деталей. Ранее использование решетчатых структур было ограничено технологичностью конструкции. Однако применение аддитивного производства практически полностью снимает эти ограничения.

Примеры использования решетчатых структур приведены на рисунке ниже:



Проверка правильности проектирования для аддитивного производства

Для обеспечения качественной 3D печати в Siemens NX встроены несколько проверок на правильность проектирования для аддитивного производства. Эти проверки позволяют пользователю обеспечить качество 3D-печати на стадии проектирования.

Встроенные проверки работают с твердыми и конвергентными телами.

Анализ углов поднутрений. Помогает определить области и внутренние каналы, которые нуждаются в поддержке или будут искажаться при 3D печати.

Анализ толщины стенок. Тип проверки определяет области, которые не могут быть напечатаны на 3D¬принтере из-за малой толщины стенок, либо могут быть напечатаны с ошибками/неправильно.

Анализ полностью закрытых областей. Определяет области, где может оставаться порошок, который невозможно удалить, а также области, в которых поддерживающая геометрия не может быть удалена.

Анализ области печати. Помогает определить, может ли деталь быть напечатанной на конкретном принтере. Возможно, потребоваться сегментировать модель на несколько частей.

Анализ минимального радиуса. Проверка геометрии детали, радиусы скруглений которой ниже минимального заданного значения.

Топологическая оптимизация

Если просто напечатать на 3D-принтере деталь, которая уже производится традиционными методами, то мы получим ту же деталь, только в несколько раз дороже. Однако если требуется изготовить деталь, которая по своим функциональным возможностям будет соответствовать изготовленной традиционными методами, но при этом в 5 раз легче, то это тот случай, когда не обойтись без топологической оптимизации.

Топологическая оптимизация в контексте сборки

Позволяет пользователям ссылаться на геометрию в контексте сборки для:

- Построения пространства проектирования.
- Расположения соединительных отверстий, бобышек, выступов и т. д.
- Определения геометрии, которая должна быть сохранена/удалена в геометрии контекста.
- Определения векторов нагрузки относительно геометрии контекста.

Компоненты сборки должны иметь WAVE-связь с рабочей деталью.



Элементы оптимизации – свойства

Каждый элемент оптимизации будет иметь свойства, которые определяют его использование в оптимизации топологии. Некоторые функции имеют фиксированные свойства.

Элемент может быть определен как:

- Keep-In – область в которой должен быть материал послеоптимизации топологии.
- Keep-Out – после оптимизации топологии в этой области не должно быть материала.
- Shell – эта опция создает постоянную толщину стенки оболочки вокруг выбранного элемента

Отверстия с цековкой всегда определяются как Keep-Out.

Ограничения проектирования


Доступные ограничения проектирования:

- Плоская симметрия
- Поворотная симметрия
- Вытягивание вдоль вектора
- Уклон
- Заполнение пустоты
- Распространение материала
- Предотвращение свеса
- Самоподдержка

Ограничения проектирования

Применение нескольких ограничений проектирования может дать интересные и впечатляющие результаты. Порядок, в котором они применяются, также может сильно изменить результат.

Выбирая ограничение проектирования в окне списка, Вы можете перемещать ограничение вверх и вниз, изменяя при этом порядок ограничений проектирования и результирующую геометрию.



Ограничения проектирования – в пространстве проектирования


Каждое пространство проектирования может иметь собственный набор ограничений проектирования.



Ограничение перемещения


Ограничение смещения может быть добавлено к элементу оптимизации в пространстве проектирования или связанному телу.

- Значение смещения в любом направлении.
- Значение смещения в определенном направлении.

Может использоваться для ограничения деформации модели.



Случаи нагрузки


С помощью случаев нагрузки можно применять различные комбинации нагрузок. Например, передние нагрузки, боковые нагрузки, верхние нагрузки и т. д. Решение учитывает все случаи нагрузки.




Конечно-элементные нагрузки


Нагрузки применяются к элементам оптимизации для каждого пространства проектирования и связанных тел.

Доступные типы нагрузок:
- Сила
  - В одном направлении
- Давление
  - Нормальное, обычно применяется к элементам "Копия грани"
- Момент
  - Применяется к элементам вращения
- Реакция опоры
  - Применяется к элементам вращения
- Принудительное перемещение
  - Вдоль вектора

"Гравитационное ограничение" применяется к элементам оптимизации в пространстве проектирования и связанным телам.

Доступные ограничения:
- Фиксированное
  - Во всех направлениях
- Закрепленное
  - Разрешено вращать вокруг вектора
- Линейный слайдер
  - Разрешено скользить в направлении вектора
- Плоский слайдер
  - Разрешено скользить в любом направлении по плоскости

Глобальные нагрузки

Глобальные нагрузки применяются ко всей модели.

Доступны глобальные нагрузки:

- Ускорение
  - Наиболее часто используется для добавления нагрузки гравитации для геометрии, которая как значительная масса, может влиять на результаты.
- Температура
  - Используется, когда деталь будет работать в условиях, в которых температура выше, чем нормальная 20C, и материал имеет изменяющиеся от температуры свойства.




Материалы


Все объекты проектирования и связанные тела должны иметь заданный материал, который задается перед оптимизацией.

Поддерживается любое сочетание изотропных и ортотропных материалов.




Типы оптимизации


Одна комбинация объектов оптимизации и ограничений.

- Минимизирует энергию деформации под действием массы.
  - Увеличивает жесткость деталей, уменьшая массу до целевого значения.
- Каждое пространство проектирования имеет свою целевую массу.




Разрешение и оценка параметров оптимизации


Разрешение

В меню имеется ползунок, позволяющий пользователю выбирать разрешение между "Быстрое и грубое" (Fast & Coarse) или "Медленное и точное" (Slow & Fine).

Значение, выбранное пользователем, важно для результатов, поскольку оно задает, насколько точной будет выходная модель.

- Во время грубого прохода, перемещая ползунок в направлении быстрого / грубого решения, хорошо видно, как работает Оптимизация топологии. Это позволяет пользователю увеличивать точность модели по мере необходимости.
- Как только пользователь получит необходимый результат, перемещение ползунка вправо приведет к созданию более точной модели.

Оценка параметров оптимизации

В соответствии с выбранным разрешением эта опция вычисляет для каждого пространства проектирования следующее:

- Приблизительная масса области проектирования
- Минимальная целевая масса

Запуск оптимизации топологии

Во время оптимизации топологии выполняется первый черновой проход для решения задачи подбора размеров элементов, а затем второй проход. Это гарантирует хороший результат.

После запуска оптимизации поле Состояние (Status) изменится на Построение сетки (Meshing). Это означает, что оптимизация завершена, и создаются модели результатов (сетки).

Окно журнала сообщает о результатах оптимизации для каждого пространства проектирования и связанных тел.

Использование результатов оптимизации топологии

Оптимизация топологии - это не конечная операция проектирования детали, для многих деталей это только начало. Существует множество возможностей для использования результатов оптимизации топологии.

- Прямая печать детали на 3D принтере.
- Прямая отливка, литье или многоосевая обработка.
- Прямое использование в проектировании или моделировании с использованием конвергентных моделей.
  - Конвергентная модель представляет собой новый формат данных Parasolid, представленный в NX 11.
  - Единый формат данных для обоих типов: NURBS и Facet. Существующие функциональные возможности моделирования будут работать как на одном теле.

Адаптация

После выполнения топологической оптимизации пользователь получает 3D-модель детали как конвергентное тело, геометрия которого полностью отвечает заданным параметрам оптимизации (вес, прочность и т.д.). Однако часто необходимо доработать геометрию детали после 3D-печати, так как существующие технологии 3D-печати не могут обеспечить необходимую точность геометрии, например, при создании отверстия под запрессовку подшипника (допуск по квалитету M6). Также иногда требуется изменить геометрию детали для придания ей более "презентабельного" вида, что невозможно сделать с помощью топологической оптимизации.

На рисунке ниже показаны примеры деталей до и после адаптации:



При адаптации данной детали использовались как функции работы с твердым телом, так и функции работы с фасетными телами и поверхностями свободной формы. Это позволяет конструктору снять большинство ограничений при работе с фасетными телами и переосмыслить подход к моделированию.

Анализ и проверка

В дополнение к возможностям анализа встроенным в топологическую оптимизацию, Simcenter 3D позволяет оптимизировать топологию конструкции детали с использованием сложных нагрузок и ограничений.



Вы можете проверить влияние процессов аддитивного производства, чтобы подтвердить, что напечатанные детали будут соответствовать целевым требованиям проекта.

Подготовка производства

Для подготовки производства в Siemens NX имеется несколько различных технологий 3D-печати. Вот основные технологии 3D-печати, которые поддерживаются в Siemens NX.

Прямое осаждение материала (гибридная аддитивная технология)


Селективное лазерное спекание (послойное спекание порошка)


Струйное осаждение / струйная технология (многосопловое осаждение)


Осаждение материала плавлением (много-осевое)


Селективное лазерное спекание сейчас наиболее широко используется для аддитивного производства деталей из металла. Эта технология позволяет печатать детали содержащие точные и сложные внутренние элементы. Свойства деталей, полученных с использованием технологии селективного лазерного спекания, соответствуют свойствам деталей, полученных методом ковки.

Siemens NX обеспечивает управляемый процесс подготовки аддитивного производства на базе 3D-модели. Выбор принтера из библиотеки автоматически определяет рабочую область печати. Детали позиционируются и ориентируются в рабочей области, чтобы повысить эффективность печати. Геометрия поддержки автоматически создается по мере необходимости. Задается процесс печати и создаются траектории лазера. Перед отправкой данных на 3D-принтер вы можете проверить сечения и траектории лазера в Siemens NX. Проверенные лазерные траектории отправляются на 3D-принтер.

Вот как выглядит весь процесс в NX CAM.

- Загрузка шаблона для 3D печати.
- Выбор 3D-принтера. При смене принтера все настройки изменяются автоматически.
- Добавление компонент в рабочую область принтера.

- Оптимизация расположения и/или ориентации компонент в рабочей области принтера. Учитывает конструктивные ограничения принтера, такие как направление выращивания, плотность расположения и допустимое отклонение от направления выращивания в процессе расположения.
- Автоматическое/ручное создание геометрии поддержек. Определение областей, которые нуждаются в геометрии поддержки, автоматическое и ручное создание элементов поддержки, их визуализация и изменение их геометрии с использованием стандартных команд моделирования.
- Выбор/изменение стратегии печати.
- Генерация выходного файла.
- Анализ и проверка слоев и траекторий лазера для заполнения слоев.
Используется просмотрщик слоев компании Materialize.

Последующая обработка

Как правило, после 3D-печати детали требуется последующая обработка. Это необходимо для удаления геометрии поддержек, получения точных геометрических объектов, таких как отверстия, бобышки, карманы и т.д.

Интегрированный NX CAM

Имея в одной системе функциональность аддитивной и традиционной обработки, очень просто выполнять последующую обработку деталей с точными траекториями инструмента.

Вы можете обрабатывать любую деталь, используя широкий спектр возможностей одной системы - NX CAM.



Одна интегрированная сквозная система для индустриализации аддитивного производства

Чтобы бесшовно внедрить аддитивную технологию производства в общий технологический процесс, следует учитывать операции, которые должны выполняться до и после фазы аддитивного производства.

Система определяет необходимый 3D-принтер, используя ограничения, задаваемые временем печати детали, а также доступность ресурсов во время выполнения. Серийные номера деталей, связанные с номером операции, передаются системе, ответственной за их включение в файл задания печати, и в конечном итоге оператор может передать обновленный файл задания на 3D-принтер.

Полная информация о произведенных изделиях распространяется на многие другие элементы производственного процесса, включая данные всех задействованных производственных станков, временные метки активности, идентификаторы операторов и т.д.

             
         Добавить в Google Reader  Читать в Яндекс Ленте

Подписка на новости машиностроения
Для подписки на почтовую рассылку Вам необходимо войти или зарегистрироваться.

Последний выпуск
НОВОСТИ КОМПАНИЙ
11.12.2018
"Уральские локомотивы" поставили "Ласточки" Северо-Западной пригородной пассажирской компании
Олег Белозёров: "ОАО "РЖД" установлен исторический рекорд грузооборота"
В РКЦ "Прогресс" состоялось заседание Совета Главных конструкторов
Прошел обучающий семинар на предприятиях "Bombardier Transportation" и "SKF" в Австралии
"Росэлектроника" рассмотрит более 30 стартапов в области электроэнергетики для сотрудничества
Отраслевая комиссия по регулированию социально – трудовых отношений обсудила реализацию Отраслевого соглашения по авиационной промышленности
Запуск "Союз МС-11" подтвердил эффективность новой модульной системы телеметрии "Астра"
Сервисный центр по ремонту российских вертолетов открылся в Перу
АВТОВАЗ: Новое производство в Индустриальном парке
Разработка Швабе признана одной из лучших в России
УК "Кузбассразрезуголь" приобретет новое оборудование в Китае на 70 млн долларов
Уралкуз начал поставки крупнотоннажных поковок

Все новости >>

 Машиностроение в России   |   Машиностроение в мире   |   Технологии и методики   |   Программные и технические решения   |   Технологии будущего   |   Интервью   |   Опросы    |   Мнения пользователей 
© 2018 Портал машиностроения
Боумастер предлагает купить арбалет в Москве со значительной скидкой подписчикам . Лента штрипс Металлклевер достоинства ленты штрипс. . Именно у нас можно купить дизельное топливо оптом по выгодной цене и отличного качества. .