APLIKACE METODY FDM PRO VÝROBU BEZPEČNOSTNÍ KRYTKY STŘEŠNÍHO NOSIČE APPLICATION OF FDM METHOD FOR PRODUCTION OF ROOF RACK SAFETY COVER

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF MANUFACTURING TECHNOLOGY APLIKACE METODY FDM PRO VÝROBU BEZPEČNOSTNÍ KRYTKY STŘEŠNÍHO NOSIČE APPLICATION OF FDM METHOD FOR PRODUCTION OF ROOF RACK SAFETY COVER BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR ONDŘEJ KASAL ING. JAN DVOŘÁČEK BRNO 2013

2

3

4 FSI VUT List 4 ABSTRAKT eposition Modeling byl vymodelován v programu Autodesk Inventor Práce obsahuje uvedení do problematiky metody FDM a popis vlastního modelování. Rapid prototyping, Fused Deposition Modeling, Autodesk Inventor ABSTRACT This thesis deals with the production of functional part of the roof rack using the Fused Deposition Modeling method. The functional part of the roof rack was modeled in Autodesk Inventor and printed on a 3D printer uprint. The thesis includes an introduction to the topic of FDM and description of custom modeling. Key words Rapid prototyping, Fused Deposition Modeling, Autodesk Inventor BIBLIOGRAFICKÁ CITACE KASAL, O.. Brno strojního inženýrství, s..

5 FSI VUT List 5 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem práci na téma Aplikace metody FDM pro výrobu vypracoval u- Datum

6 FSI VUT List 6 za vypracování práce.

7 FSI VUT List 7 OBSAH ABSTRAKT...4 PROHLÁŠENÍ OBSAH...7 ÚVOD CHARAKTERISTIKA METODY FUSED DEPOSITION MODELING Popis metody Vlastnosti vybraných 3D tiskáren Tiskárna MOJO Tiskárna uprint SE Tiskárna Dimension Elite Tiskárna be3d DeeOrange Reverzní inženýrství Popis postupu modelování Volba obecného nastavení Volba orientace modelu Volba polohy modelu na podložce Post-processing EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ

8 FSI VUT List 8 ÚVOD Vzhledem k tlaku mezinárodní a tržní globalizace v 21. století je hnacím motorem v snaha trh a zárove zajistit jejich vysokou kvalitu. Rychlá reakce na ob- je považována za jeden z urenceschopnosti podniku. Technologie Rapid Prototyping (dále RP) se nabízí jako možný postup s vysokým potenciálem ke snižování ve vývoji produktu, který je považován za jeden z n- 1. Podstatou všech technologií RP je opakované nanášení materiálu po vrstvách konstantní rozdíl od technologie Jestliže jsou k dispozici data z c- z diskem pro vhodnou metodu 3D tisku pomocí technologie RP 2. silné a slabé stránky použitého ochází k 3.

9 FSI VUT List 9 1 CHARAKTERISTIKA METODY FUSED DEPOSITION MODELING ng. Tato technologie zahr- ition Modeling (dále FDM), jejíž základy byly položeny v roce Popis metody Princip metody FDM natavování termoplastického materiálu navinutého ve for- na cívce, ze kterých je vtla- ých trysek je termoplastický materiál nanášen po jednotlivých vrstvách na podložku. nuje 2 kazetami, v nichž jsou. V jedné je stavební materiál, ze kterého bude vyhotovena kone n a-. Tyto podpory jsou po dohotovení mechanicky, chemicky 2. osách Materiál na teplotu o 1 C vyšší, než je jeho teplota tání a po nanesení vlivem nižší okolní teploty ztuhne. Po nanesení celé vrstvy materiálu Z dné vrstvy a dojde k další vrstvy modelu. Tento proces se opakuje 2. V ásti než dovolují možnosti 3D tiskárny, je možné mo- Obr. 1.1 Princip metody FDM 4.

10 FSI VUT List Specifikace po termoplast se používá k anické vlastnosti, tepelnou odolnost a vysokou pevnost v tahu 5. Mechanické vlastnosti materiálu jsou uvedeny v tabulce 1.1. Tab. 1.1 Mechanické vlastnosti polykarbonátu 6. Mechanické vlastnosti Polykarbonát Pevnost v tahu 68 MPa Modul pružnosti v tahu 2300 MPa 5% Pevnost v ohybu 104 MPa Modul pružnosti v ohybu 2200 MPa K tisku metodou FDM se používá také plast ABS plus. Jedná se o amorf- uževnatý, málo nasákavý a netoxický. Mechanické vlastnosti ABS plus pl v tabulce 1.2. Tab. 1.2 Mechanické vlastnosti ABS plus 7. Mechanické vlastnosti ABS plus Pevnost v tahu 36 MPa Modul pružnosti v tahu 2300 MPa 4% Pevnost v ohybu 52 MPa Modul pružnosti v ohybu 2200 MPa 1.3 Vlastnosti vybraných 3D tiskáren e- Technické ren tab Tab. 1.3 Technické parametry vybraných tiskáren 8,9. Technické MOJO uprint SE Dimension Elite DeeOrange parametry Velikost 127 x 127 x x 152 x x 203 x x 100 x 100 modelovacího prostoru [mm] Modelovací ABSplus ABSplus ABSplus ABS materiál (barva (barva (barva) slonovinová kost) slonovinová kost) vrstev [mm] 0,170 0,254 0,170 0,254 0,254 Objem zásobníku [cm 3 ] SE,

11 FSI VUT List Tiskárna MOJO Jedná se o malou 3D tiskárnu (obr. 1.2) založenou na technologii FDM od firmy Stratasys. ABS plus 8. Obr. 1.2 Tiskárna MOJO Tiskárna uprint SE z termoplastu ABSplus. Disponuje 8. Obr. 1.3 Tiskárna uprint SE 8.

12 FSI VUT List Tiskárna Dimension Elite o- s velmi 8. Obr. 1.4 Tiskárna Dimension Elite Tiskárna be3d DeeOrange využívající metodu FDM a dokáže tisknout s - 0,1 mm v osách X a Y. Vzhledem k 9. Obr. 1.5 Tiskárna DeeOrange 9.

13 FSI VUT List 13 2 K o- nebo nebo ProEngineer. 2.1 Reverzní inženýrství Technologie reverzního inženýrství ému výrobnímu procesu (obr. 2.1). Prvotním p e- u- velké výrobní série, která t, s ovat i- d k 3D modelaci anebo použitím 3D skene- 2. Obr. 2.1 Proces reverzního inženýrství 2. získaný ze skenování požadovaných místech, požadovaných místech, polygonální model, plošný model Rapid Surfaces, plošný model Technical Surfaces, plošný model High-Quality Surfaces, plošný model Class A Surfaces 10. V ical Surfa 10.

14 FSI VUT List 14 Na obr. 2. Obr Vzhledem k 2.2 Popis postupu modelování byly posuvným ována v programu Autodesk Inventor Po zadá- bylo pomocí funkce vysunutí dosaženo základního a do programu zadány sti (obr. 2.3). Obr. 2.3.

15 FSI VUT List 15 který bude na u. Poté byla použití funkce která slouží k (obr. 2.4). Použitím tohoto postupu prací se ke kterému by došlo v se zaoblovalo až po použití funkce na. Obr zámku a byl, která (obr. 2.5). Obr. 2.5 Vymodelování podpory zaoblení se zobrazenou rovinou.

16 FSI VUT List 16 Podpora zaoblení v i na druhou stranu bylo modelování sou (obr. 2.6). Obr. 2.6.

17 FSI VUT List 17 3 VÝROBA 3.1 Jelikož program Inventor není kompatibilní s 3D tiskárnou, je nutné vymodelovaný model který je kompatibilní s programem CatalystEX, který slouží jako. V programu CatalystEX se automaticky model jí se data pro vlastní mezer mezi hranami, kolizemi dvou ploch nebo Volba obecného nastavení programu CatalystEX v první záložce General vlastnosti tisku (obr. 3.1). Obr. 3.1 Zvolené parametry. Nejprve ohledem na možnosti tiskárny na 0,254 mm. V tisknuté vrstvy, a to v rozmezí od 0,178 mm do 0,330 mm vlastní dobu tisku a drsnost povrchu. je, zatímco typ Spars použitý materiál pevnost není tak vysoká proto pro.

18 FSI VUT List 18 Obr , aby nedocházelo k tisku ikostí podložky, která má u použité tiskárny 203 x 152 mm. V páté vlastnosti se volí jednotkový systém, STL pouze hodnoty, ale ne jednotky, vána. Proto se musí zvolit milimetry anebo palce. dovoluje s- souboru STL. Jemnou úpravou o- s

19 FSI VUT List Volba orientace modelu Ve druhé záložce programu se volí orientace modelu v prostoru tak, aby bylo použití pod- Je nutno kolmo Na obr. 3.4 je poté zobrazen model spolu s. Šedá barva znázo u- barva. Obr Obr. 3.4.

20 FSI VUT List Volba polohy modelu na podložce která je zobrazena na obr Obr záložce U použité 3 3.

21 FSI VUT List Po zvolení vlastností 3D tiskárny. tisku se v základní poloze pracovní 293 C. tisková poté probíhá vlastní tisk. V prvním kroku je na podložku nanesena základní abra dotyku podložkou a dále se a- Na obr. 3.6 je. Obr. 3.6.

22 FSI VUT List 22 Na obr. 3.7 Obr. 3.7

23 FSI VUT List Post-processing Post-processing je poslední fáze vyhotovení níž se získává výsledný požadovaný tvar. mechanicky odloupáváním anebo chemicky použitím roztoku na bázi átu u- podpor V ultrazvukové. Všechny vyrobené 3D modely s využitím metod RP lze dále z estetického hlediska obrá- s-, arev 12. Na obr. 3.8 r. Obr. 3.8

24 FSI VUT List 24 4 EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ Náklady na výrobu metodou FDM Použitá metoda FDM pro vyhotovení modelu a jeho tisku v dále cca 6 hodin vlastního 3D tisku. Náklady na vyhotovení jednoho kusu Náklady na výrobu metodou vakuového lití do silikonové formy dostupnými metodami pro kusovou výrobu byla oslovena firma MCAE Systems se žádostí o vyhotovení cenové nabídky pro výrobu metodou vakuového lití do silikonové formy je uvedena v tab Tab. 4.1 Cenová nabídka firmy MCAE Systems. Jednoduchá forma Dvojnásobná forma Náklady na Master model Náklady na výrobu formy [K ] Náklady na odlití [ ] ivotnost formy [ks] = (1) kde: -, [ks] -, - náklady na výrobu jednoho kusu metodou FDM. Celkové náklady na výrobu metodou vakuového lití do jednonásobné silikonové formy vztahu (2): = + + (2) kde: - metodou vakuového lití do jednonásobné silikonové formy, [ ] - náklady na výrobu Master modelu, [ks] - jednonásobných forem, - náklady na výrobu jednonásobné silikonové formy, [ks] -, - náklady na výrobu jednoho kusu odlitku z jednonásobné silikonové formy.

25 FSI VUT List 25 Celkové náklady na výrobu metodou vakuového lití do dvojnásobné silikonové formy jsou 3): = + + (3) kde: - metodou vakuového lití do dvojnásobné silikonové formy, [ ] - náklady na výrobu Master modelu, [ks] - - náklady na výrobu dvojnásobné silikonové formy, [ks] -, - náklady na výrobu jednoho kusu odlitku z dvojnásobné silikonové formy. - (1), (2), (3) jsou uvedeny v tab. 4.2 grafu na obr. 4.1, kde bylo.

26 FSI VUT List 26 Tab. 4.2 n[ks] Vakuové lití (forma 1 ks) Vakuové lití (forma 2 ks) FDM

27 FSI VUT List 27 3D e- malých detailech od originálu liší. o- t. Z r- e- Obr. 5.1 Vzhledem k metodou vakuového lití do sili- V ání plastu do formy, é-

28 FSI VUT List 28 SEZNAM POUŽITÝCH ZDR 1. LAN, Hongbo. Web-based rapid prototyping and manufacturing systems: A review. Computers in Industry [online]. 2009, vol. 60, issue 9, s [vid ]. DOI: /j.compind Dostupné z: 2. PÍŠKA, Miroslav.. Vyd. 1. Brno: Akademické nakladatelství CERM, s. ISBN HÁJEK, Pavel. rototyping [online] [vid ]. Dostupné z: 4. Fused Deposition Modeling. CustomPartNet [online] [vid ]. Dostupné z: 5. ABS plast. YAMAMUSIC [online] [vid ]. Dostupné z: 6. Polycarbonate. Stratasys Ltd. [online] [vid ]. Dostupné z: C4.ashx 7. ABSplus. Stratasys Ltd. [online] [vid ]. Dostupné z: D03FA5B6.ashx 8. MCAE SYSTEMS, s.r.o. 3D tiskárny [online] [vid ]. Dostupné z: 9. Be3D. DO-IT [online] [vid ]. Dostupné z: Princip Reverse Engineeringu [online] [vid ]. Dostupné z: DVision Technologies. Explaining Catalyst EX build properties [online] [vid ]. Dostupné z: explaining-catalyst-ex-build-properties/ 12. SEDLÁK, Josef. Aditivní technologie-metody Rapid Prototyping [online] [vid ]. Dostupné z: gie_metody_rapid_prototyping.pdf

29 FSI VUT List 29 SEZNAM POUŽITÝCH, ZKRATEK, TABULEK Zkratka Jednotka Popis 3D [-] Trojdimenzionální prostor ABS [-] Akrylonitril butadien styrenu CAD [-] Computer Aided Design CNC [-] Computer Numeric Control FDM [-] Fused Deposition Modeling NaOH [-] Hydroxid sodný RP [-] Rapid Prototyping STL [-] Standard Tesselation Language Symbol Jednotka Popis C FDM C form1 C form2 C n1 C n2 [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] náklady na výrobu jednoho kusu metodou FDM náklady na výrobu jednonásobné silikonové formy náklady na výrobu dvojnásobné silikonové formy metodou vakuového lití do jednonásobné silikonové formy metodou vakuového lití do dvojnásobné silikonové formy C nfdm [ ] C master [ ] náklady na výrobu Master modelu C od1 C od2 [ ] [ ] n [ks] náklady na výrobu jednoho kusu odlitku z jednonásobné silikonové formy náklady na výrobu jednoho kusu odlitku z dvojnásobné silikonové formy n f1 [ks] n f2 [ks]

30 FSI VUT List 30 Obr. 1.1 Obr. 1.2 Obr. 1.3 Obr. 1.4 Obr. 1.5 Obr. 2.1 Obr. 2.2 Obr. 2.3 Obr. 2.4 Obr. 2.5 Obr. 2.6 Obr. 3.1 Obr. 3.2 Obr. 3.3 Obr. 3.4 Obr. 3.5 Obr. 3.6 Obr. 3.7 Obr. 3.8 Obr. 4.1 Obr. 5.1 Popis Princip metody FDM Tiskárna MOJO Tiskárna uprint SE Tiskárna Dimension Elite Tiskárna DeeOrange Proces reverzního inženýrství Zvolené parametry materiálem Tab. 1.1 Tab. 1.2 Tab. 1.3 Tab. 4.1 Tab. 4.2 Popis Mechanické vlastnosti polykarbonátu Mechanické vlastnosti ABS plus Technické parametry vybraných tiskáren Cenová nabídka firmy MCAE Systems