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
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, 2013. 30 s..
FSI VUT List 5 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem práci na téma Aplikace metody FDM pro výrobu vypracoval u- Datum
FSI VUT List 6 za vypracování práce.
FSI VUT List 7 OBSAH ABSTRAKT...4 PROHLÁŠENÍ...5...6 OBSAH...7 ÚVOD...8 1 CHARAKTERISTIKA METODY FUSED DEPOSITION MODELING...9 1.1 Popis metody...9 1.2...10 1.3 Vlastnosti vybraných 3D tiskáren...10 1.3.1 Tiskárna MOJO...11 1.3.2 Tiskárna uprint SE...11 1.3.3 Tiskárna Dimension Elite...12 1.3.4 Tiskárna be3d DeeOrange...12 2...13 2.1 Reverzní inženýrství...13 2.2 Popis postupu modelování...14 3...17 3.1...17 3.1.1 Volba obecného nastavení...17 3.1.2 Volba orientace modelu...19 3.1.3 Volba polohy modelu na podložce...20 3.1.4...20 3.2...21 3.3 Post-processing...23 4 EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ...24...27...28...29
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.
FSI VUT List 9 1 CHARAKTERISTIKA METODY FUSED DEPOSITION MODELING ng. Tato technologie zahr- ition Modeling (dále FDM), jejíž základy byly položeny v roce 1988. 1.1 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.
FSI VUT List 10 1.2 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. 1.3. Tab. 1.3 Technické parametry vybraných tiskáren 8,9. Technické MOJO uprint SE Dimension Elite DeeOrange parametry Velikost 127 x 127 x 127 203 x 152 x 152 203 x 203 x 305 100 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 ] 1311 688 922 1040 SE,
FSI VUT List 11 1.3.1 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 8. 1.3.2 Tiskárna uprint SE z termoplastu ABSplus. Disponuje 8. Obr. 1.3 Tiskárna uprint SE 8.
FSI VUT List 12 1.3.3 Tiskárna Dimension Elite o- s velmi 8. Obr. 1.4 Tiskárna Dimension Elite 8. 1.3.4 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.
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.
FSI VUT List 14 Na obr. 2. Obr. 2. 10. Vzhledem k 2.2 Popis postupu modelování byly posuvným ována v programu Autodesk Inventor 2011.. Po zadá- bylo pomocí funkce vysunutí dosaženo základního a do programu zadány sti (obr. 2.3). Obr. 2.3.
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. 2.4. zámku a byl, která (obr. 2.5). Obr. 2.5 Vymodelování podpory zaoblení se zobrazenou rovinou.
FSI VUT List 16 Podpora zaoblení v i na druhou stranu bylo modelování sou (obr. 2.6). Obr. 2.6.
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 3.1.1 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.
FSI VUT List 18 Obr. 3. 11., 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
FSI VUT List 19 3.1.2 Volba orientace modelu Ve druhé záložce programu se volí orientace modelu v prostoru tak, aby bylo použití pod- Je nutno kolmo. 3.3. Na obr. 3.4 je poté zobrazen model spolu s. Šedá barva znázo u- barva. Obr. 3.3. Obr. 3.4.
FSI VUT List 20 3.1.3 Volba polohy modelu na podložce která je zobrazena na obr. 3.5. Obr. 3.5. 3.1.4 záložce U použité 3 3.
FSI VUT List 21 3.2 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.
FSI VUT List 22 Na obr. 3.7 Obr. 3.7
FSI VUT List 23 3.3 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
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. 4.1. Tab. 4.1 Cenová nabídka firmy MCAE Systems. Jednoduchá forma Dvojnásobná forma Náklady na Master model 3500 3500 Náklady na výrobu formy [K ] 5500 7500 Náklady na odlití [ ] 450 300 ivotnost formy [ks] 25 50 = (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.
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.
FSI VUT List 26 Tab. 4.2 n[ks] Vakuové lití (forma 1 ks) Vakuové lití (forma 2 ks) FDM 1 9450 11300 1080 2 9900 11600 2160 3 10350 11900 3240 4 10800 12200 4320 5 11250 12500 5400 6 11700 12800 6480 7 12150 13100 7560 8 12600 13400 8640 9 13050 13700 9720 10 13500 14000 10800 11 13950 14300 11880 12 14400 14600 12960 13 14850 14900 14040 14 15300 15200 15120 15 15750 15500 16200 16 16200 15800 17280 17 16650 16100 18360 18 17100 16400 19440 19 17550 16700 20520 20 18000 17000 21600 21 18450 17300 22680 22 18900 17600 23760 23 19350 17900 24840 24 19800 18200 25920 25 20250 18500 27000 26 26200 18800 28080 27 26650 19100 29160 28 27100 19400 30240 29 27550 19700 31320 30 28000 20000 32400 31 28450 20300 33480 32 28900 20600 34560 33 29350 20900 35640 34 29800 21200 36720 35 30250 21500 37800 36 30700 21800 38800 37 31150 22100 39960 38 31600 22400 41040 39 32050 22700 42120 40 32500 2300 43200
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-
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. 643-656 [vid. 2013-04- 10]. DOI: 10.1016/j.compind.2009.05.003. Dostupné z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/s0166361509000980 2. PÍŠKA, Miroslav.. Vyd. 1. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2009. 247 s. ISBN 978-80-214-4025-8. 3. HÁJEK, Pavel. rototyping [online]. 2012 [vid. 2013-05-16]. Dostupné z: http://www.spszr.cz/projekty/plm/rp2012.pdf 4. Fused Deposition Modeling. CustomPartNet [online]. 2008 [vid. 2013-05-16]. Dostupné z: http://www.custompartnet.com/wu/fused-deposition-modeling 5. ABS plast. YAMAMUSIC [online]. 2013 [vid. 2013-05-21]. Dostupné z: http://www.dhn.cz/pom/abs%20plast.pdf 6. Polycarbonate. Stratasys Ltd. [online]. 2013 [vid. 2013-05-16]. Dostupné z: http://www.stratasys.com/materials/fdm/~/media/5dd4b375e54d4c578265974a 768157C4.ashx 7. ABSplus. Stratasys Ltd. [online]. 2013 [vid. 2013-05-16]. Dostupné z: http://www.stratasys.com/materials/fdm/~/media/ad3d4648f0ce40f7a137ffe1 D03FA5B6.ashx 8. MCAE SYSTEMS, s.r.o. 3D tiskárny [online]. 2013 [vid. 2013-05-20]. Dostupné z: http://www.mcae.cz/3d-tiskarny 9. Be3D. DO-IT [online]. 2013 [vid. 2013-05-21]. Dostupné z: http://www.be3d.cz/cs/printers/detail/deeorange 10. Princip Reverse Engineeringu [online]. 2002 [vid. 2013-05-20]. Dostupné z: http://robo.hyperlink.cz/re-praxe/main03.html 11. 3DVision Technologies. Explaining Catalyst EX build properties [online]. 2009 [vid. 2013-05-20]. Dostupné z: http://www.3dvision.com/wordpress/2009/04/08/ explaining-catalyst-ex-build-properties/ 12. SEDLÁK, Josef. Aditivní technologie-metody Rapid Prototyping [online]. 2010 [vid. 2013-05-16]. Dostupné z: http://kst2.fme.vutbr.cz/obrabeni/podklady/sto_bak/cv_stv_04_aditivni_technolo gie_metody_rapid_prototyping.pdf
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]
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