Технологии создания 3d моделей

Быстрое прототипирование 3d моделей – это технология, дающая возможность в самые сжатые сроки изготовить высокоточный макет детали или готового изделия, образец для демонстрации качеств объекта. Эта технология нашла широкое применение, например, при изготовлении опытных изделий. Причем их можно сделать сколько угодно, хоть вплоть до нескольких тысяч.

Быстрое прототипирование необходимо, если нужно часто менять дизайн или конструкцию изделия, разработать новый продукт. Оно нашло применение в электронной промышленности, полиграфии, машиностроении и других областях производства. Сегодня он применяется практически везде.

По сути прототипирования в том, чтобы по слоям построить физический предмет из математической модели. Достоинствами этой технологии являются оперативность разработки изделия, наглядность, уменьшение финансовых и трудовых затрат на создание и дизайн продукта.

Быстрое прототипирование 3d моделей состоит из нескольких стадий. Первая стадия – математическое моделирование. Это создание математической модели в STL-формате. За ней идет стадия доработки прототипов для доведения до совершенства фактуры поверхности. Отдельными стадиями создания прототипов является отработка технологий, изготовление собственно моделей и конечная доработка.

По сути, технология быстрого прототипирования заключается в синтезе или выращивании слой за слоем готовой модели про электронной информации – CAD-модели без применения технологического оснащения.

Плюсы данного метода – это большие скорость и точность работы, уменьшение затрат труда (в том числе и ручного) и финансов. Особенно прототипирование ценится, если надо сконструировать единичную эксклюзивную деталь. Применяется и в производстве ювелирных изделий, и в архитектурном проектировании, электротехнике и др.

Часто термин «быстрое прототипирование» заменяют понятием «3d печать». Разработано достаточно много технологий трехмерной печати, но все они работают по одному принципу: по принципу послойного изготовления твердого предмета. Благодаря этой технологии можно оценить качество внешнего вида детали, провести эксперименты и испытания, обнаружить конструкторские ошибки. 3d-печать используется для производства силиконовой оснастки, если нужно изготовить партию изделий.

Есть несколько основных техник прототипирования, при помощи которых производятся детали и макеты.

SLA - стереолитография. Представляет собой прототипирование лазерного типа. Для изготовления модели используется светочувствительная смола. В основе технологии лежит использование ультрафиолетового лазера, последовательно переводящего поперечные сечения модели на емкость с сырьем. Там, где побывал луч лазера, пластик застывает, после чего на твердый слой наносится еще один жидкий, лазер намечает новый контур. Действия повторяются, пока модель не будет готова. Такое быстрое прототипирование 3d-модели – самое популярное, поскольку пригодно для использования и в медицине, и в легкой промышленности, и в машиностроении, для производства моделей силиконовых форм для литья, ювелирных изделий. С ее помощью можно быстро построить очень точную модель. На качество поверхности прототипа влияет шаг построения. Обычно это расстояние в 0,025-0,1 мм.

SLS - селективное лазерное спекание. Оно используется и для жидких, и для сыпучих основ. Энергия лазерного луча способствует спеканию порошкообразных компонентов, за счет чего и создаются прототипы.

Но лазерный луч в этой технологии источник не света, а тепла. При попадании тонкий слой порошкообразного материала, лазер спекает его, в результате образуется твердая масса заданной формы. Сырьем для изготовления моделей могут быть  порошки определенных металлов, полиамид, песок и полистирол.

Если деталь содержит нависающие элементы, в SLA-технологии нужны специальные поддержки, которые не дают только что созданной модели обвалиться. В SLS-построении это не обязательно, так как модель строится в однородной массе. Готовую модель нужно достать из порошка и очистить. Чаще всего в качестве сырья используется порошковый полиамид. Из него делают макеты, масштабные копии, функциональные моделей ( например, детали оборудования или машины, которые выполняют определенную функцию). Примером последних могут быть элементы облицовки автомобильного салона либо элементы кузовного декора.

Быстрое прототипирование 3d-модели по технологии FDM (используется струйный 3d принтер). Во время этого процесса проходит наложение друг на друга полимерной нити в расплавленном виде. Полимерная нить – это моделирующий термопластичный материал диаметром 1,78 мм. В процессе создания модели он подается сквозь выдавливающую головку с  определенной, установленной заранее температурой, нагреваясь до полужидкой консистенции. Экструзионная головка позволяет наносить нить с высокой точностью и тончайшими слоями на твердое основание.

Все следующие слои наносятся на предыдущие, затвердевают, прикрепляясь друг к другу. Основной недостаток данного метода в том, что поверхность детали получается недостаточно гладкой.

К тому же, при наложении следующего слоя нити предыдущий слой немного расплавляется. По этой причине использование этой технологии ограничено, в зависимости от зазоров изготавливаемой модели.