Digimat-AM и 3D-сканера AICON SmartScan-HE при ......лексей П. онтюк (технический эксперт компании «ЭМ-ЭС-СИ СОФТЭР РУС»)

XXI Международная конференция

«Компьютерные системы инженерного

анализа MSC Software», 24 – 25 октября 2018,

ГК «Измайлово»

Михаил А. Петров (доцент кафедры «ОМДиАТ», к.т.н., Dr.-Ing.)

Антон В. Кириков (магистрант кафедры «ОМДиАТ»)

Борис Ю. Сапрыкин (зав. лабораторией «Аддитивные технологии» кафедры

«ОМДиАТ»)

Алексей П. Гонтюк (технический эксперт компании «ЭМ-ЭС-СИ СОФТВЭР РУС»)

25.10.2017

Применение Digimat-AM и 3D-сканера AICON

SmartScan-HE при проектировании и

изготовлении деталей из пластика

методом 3D-печати

часть 1: верификация результатов моделирования





2

Московский политех

52 кафедры

11 факультетов

5 институтов

Факультет машиностроения

8 кафедр

Кафедра «Обработка материалов

давлением и аддитивные технологии»

3 лаборатории + 1

www.mospolytech.ru

основан 1 сентября 2016 г.





3

1. О существующих технологиях 3D-печати FFF и FDM

2. Общая концепция исследования

3. Выбор конструкционных деталей

4. Определение коробления плоскостных элементов

5. Сравнение результатов 3D-моделирования и 3D-печати

(верификация моделирования)

6. часть 2: определение карты отклонений бесконтактным

способом (Пименов А.С., Седаева А.С.)

Содержание





4

Технология FFF (Picaso)

Технологии 3D-печати FFF/FDM

Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/Моделирование_методом_наплавления

1 – экструдер (печатающая головка);

2 – послойно-нанесённый материал;

3 – платформа.





Параметры Значения

3D-принтер UPrint

Толщина слоя, мм 0,25-0,33

Температура сопла экструдера, °C 310

Технология FDM (Stratasys)

5






сопло 0,3 мм сопло 0,5 мм

для неармированных материалов для армированных материалов


Технология FFF (Picaso)

6





Концепция исследования

часть 1часть 2

AICON

карта отклонений 7





8

Деталь «Сегмент крыла» (вариант 1)

Параметр Значение

Масса детали, кг -

Объём детали, мм3 -

Материал/плотность, г/см3 АБС-пластик/1,06

3D-проектирование

готовый stl-файл

(grabCAD)

0,5 мм 1,0 мм





9

Деталь «Сегмент крыла» (вариант 2)


Масса детали, кг 0,058

Объём детали, мм3 44 021, 277


Полиамид + УВ/1,01


прямое, при помощи

CAD-программы

0,4 мм 0,8 мм 1,2 мм





переменное сечение

0,4 мм 0,8 мм

1,2 ммМатериал для печати:

ABS (АБС-пластик)

PA12+CF (нейлон+углеволокно)

Принтер/технология печати:

Picaso/FFF

uPrint/FDM


1 2 3

1 2

3

10





11


Масса детали, кг -

Объём детали, мм3 -


готовый stl-файл

(grabCAD)

сложный криволинейный

профиль

8 мм


Деталь «Крыльчатка»





3

0,4; 0,8 и 1,2 мм


Твердотельная геометрия калибровочного уголка у указанием варьируемых

размеров и составных элементов.

полка 1 полка 2

12





ПЛАТФОРМА ПЛАТФОРМА

ПЛАТФОРМА

0,4 мм 0,8 мм

1,2 мм

печать трёх уголков, параллельная

ориентация, «лёжа» (для трёх

значений полки №2)


13





ПЛАТФОРМА



Масса детали, кг ~ 0,004

Объём детали,

мм3 3 621; 4 009; 4 389

Материал/

плотность, г/см3

АБС-пластик/1,06

Полиамид + УВ/1,01

печать трёх уголков, перпендикулярная

ориентация, «стоя» (для трёх значений

толщины полки №2)

14





15

ABS (FFF, FDM), PA12+CF (FFF)

ABS (FFF)

Digimat-AM, только FFF

(полимеры и композиты на их основе)

План проведения численного моделирования

Цель исследования: провести сопоставление (верификацию)

результатов численного моделирования и печати на 3D-принтере

без поддержек

выгрузка

скомпенсированной

геометрии

часть 2: получение карты

отклонений размеров

Деталь №1 Деталь №2

часть №2





16

ABS (FFF), PA12+CF (FFF)

«лёжа»

Digimat-AM, только FFF

(полимеры и композиты на их основе)

План проведения численного моделирования

Цель исследования: определить коробление полки №2, толщина

которой соответствует толщине стенки детали 1

без поддержек

«стоя»

Деталь №3





Материал для печати:





подготовка stl-модели

Подготовка данных для 3D-печати

17





подготовка gcode

Подготовка данных для 3D-печати

18










Параметры Значение

Тип сопла SR

Высота слоя 0,25 мм

Процент заполнения 100%

Поддержка слабая

Время отключения

подогрева столасразу

Область печати 250 х 250 х 250 мм

Скорость печати 60 мм/с

Мин. толщина слоя 0,25 мм

Диаметр сопла 0,3 мм и 0,5 мм

Макс. мощность 400 Вт

Технологические параметры (общие настройки) в

программе Polygon v.2.0

Выбранные характеристики 3D-принтера

Принтер для трёхмерной печати

Picaso 3D Designer

Источник: http://picaso-3d.com

Численное моделирование: выбор оборудования (полимер)

19





АБС (ABS) – акрилонитрилбутадиенстирол, термопластик

Химическая формула: (C8H8)x·(C4H6)y·(C3H3N)z

Международный номер CAS: 9003-56-9

Возможный тип структуры: аморфный и полукристаллизованный

Параметры

Значение параметра

из литературы по ГОСТ* по данным

спецификаций

Плотность, г/см3 1,04 – 1,12 1,03 – 1,05 1,04 – 1,05

Модуль упругости, ГПа 1,9 – 2 ,7 - 1,6 – 2,3

Предел прочности, МПа 32 – 56 - 22 – 36

Относительное

удлинение, %15 – 40 3 – 7 4 – 6

Твердость HR (R): 75 – 120 98 -

* номера ГОСТов: плотность 15139; предел прочности 11262; твердость 4670;

модуль упругости (гибка) 9550-81

20

Свойства материала





21

Свойства материала

МатериалКомпаунд на основе PA 12 с наполнением

углеволокном, до 10%

НазначениеИзготовление износостойких, устойчивых к

агрессивным средам деталей

Прочность на разрыв, МПа 30

Прочность на растяжение, МПа 27

Удлинение при растяжении, % 11,8

Удлинение при разрыве, % 15,5

Модуль упругости при растяжении, МПа 995

Твердость по Шору, ед. 67

Плотность, г/см3 1,01

Ударная вязкость кДж/м2 20,87

Параметры печати:

- температура сопла, С 235–245

- температура стола, С 100

- рекомендуемая скорость печати, мм/с 25–50

По данным производителя материала: http://www.u3print.com/shop/plastics/u3-nylon-super-carbon-2/

ПА 12 (PA12) – полиамид 12, нейлон, термопластик

Химическая формула: (C12H23NO)n

Международный номер CAS: 24937-16-4

Возможный тип структуры: аморфный и полукристаллизованный





22

Результаты 3D-печати: дефекты

Деталь №3

Толщина полки №1

Ко

ро

бл

ен

ие

, м

м





ПА+УВ, «стоя»

23

Результаты 3D-печати

АБС, «стоя» АБС, «лёжа»

0,4

мм

0,8

мм

1,2

мм





24

Результаты моделирования

АБС и ПА+УВ, «стоя»

за 2 шага до окончания

расчета

шаг окончания

расчета





25


АБС и ПА+УВ, «стоя»

исходная геометрия и искаженная

форма (коэффициент подобия

равен 10)





26


АБС и ПА+УВ, «лёжа»

за 2 шага до окончания

расчета

шаг окончания

расчета





27


АБС и ПА+УВ, «лёжа»

исходная геометрия и искаженная форма

(коэфициент подобия равен 10)





28


АБС и ПА+УВ, «стоя» АБС и ПА+УВ, «лёжа»





29

исходная геометрия

АБС-пластик (FFF)

отредактированная

геометрия


отредактированная и

скомпенсированная

геометрия

PA12+CF (FFF)

Результаты 3D-печати

отредактированная и

скомпенсированная

геометрия

АБС-пластик (FDM)







30

волнистость

лопаток


деламинация

и срыв

геометрии на

плавном

криволиней-

ном переходе





31


АБС, нескомпенсированный вариант 1,

FFF





32


АБС,

скомпенсированный

вариант 2, FFF





33


АБС,

нескомпенсированный

вариант 2, FFF





34

Результаты моделированияАБС, нескомпенсированный вариант 1

за 2 шага до окончания расчеташаг окончания расчета





35


ПА12+УВ, нескомпенсированный вариант 2






36


после усадки

скомпенсированная геометрия


после усадки

R






37

Результаты моделированияАБС, скомпенсированный вариант 2






38


коэффициент подобия равен 20

АБС, скомпенсированный вариант 2





39


ПА+УВ, нескомпенсированный вариант 1

ПА12+УВ, нескомпенсированный

вариант 2

АБС, скомпенсированный вариант 2





40


АБС, скомпенсированный вариант 2, FDM





41

Сравнение сеток в модуле MAP





42

Сравнение сеток в модуле MAP


нескомпенсированная геометрия





43

Полученные результаты исследования

1. Проведена 3D-печать по технологии FFF и FDM прототипов деталей

«Сегмент крыла» и «Крыльчатка» из АБС-пластика и армированного

коротким углеволокном полиамида 12 на 3D-принтерах бюджетного класса

(FFF), а также полупрофессионального класса (FDM).

2. Проведено компьютерное моделирование процессов АП по технологии FFF

(ПО Digimat) для материала АБС-пластик и ПА12+УВ. Общее коробление

виртуальных прототипов составило:

АБС (НСГ, вариант 2): 2,473 мм

ПА12+УВ (НСГ, вариант 2): 2,864 мм

АБС (СГ, вариант 2): 2,5145 мм

3. Проведена верификация результатов численного расчета с

экспериментальными результатами.

4. Подготовлен прототип для оптического сканирования и получения карты

отклонения размеров (часть 2).





Спасибо за внимание!

Адреса эл. почты:

[email protected]

http://mospolytech.ru/index.php?id=869

Documents

Digimat-AM и 3D-сканера AICON SmartScan-HE при ......лексей П. онтюк (технический эксперт компании «ЭМ-ЭС-СИ СОФТЭР РУС»)