Realizujeme projekty na škole s využitím 3D tisku, 5. díl

Tags: 3D tisk | Modelování | Petr Fořt | PLM | SPŠ | Vizualizace | Výuka | Žďár na Sázavou

Práce s 3D tis­kem je často po­va­žo­vá­na za více in­di­vi­du­ál­ní a ku­so­vý pří­stup. Po­dí­vej­me se v dneš­ním dílu na­še­ho se­ri­á­lu na troš­ku sé­ri­o­věj­ší pří­stup k vy­u­ži­tí 3D tisku jako vý­rob­ní tech­no­lo­gie. Po­stu­py si mů­že­te vy­zkou­šet i a škole. Jistě vlast­ní­te více jak jednu 3D tis­kár­nu. Jak tedy ucho­pit sé­ri­o­vou vý­ro­bu sou­čás­tí na 3D tis­kár­nách? Po­dí­vej­me se opět na jednu ze za­jí­ma­vých uká­zek z výuky na SPŠ ve Žďáru nad Sá­za­vou.

Sériová výroba o velikosti do přibližně 30 kusů

Pro­jek­ty, které dnes vy­u­ži­je­me po­chá­zí z na­šich ak­ti­vit za­mě­ře­ných na pro­jek­to­vá­ní a kon­stru­o­vá­ní a před­sta­ve­ní jed­not­li­vých po­stu­pů nejen našim stu­den­tům, ale také nejmlad­ším zá­jem­cům o tech­ni­ku ze zá­klad­ních škol. Našim cílem bylo zpra­co­vat jed­no­duš­ší pro­jekt ná­klad­ní­ho au­to­mo­bi­lu, který by se sklá­dal z ori­en­tač­ně ně­ko­li­ka de­sí­tek sa­mo­stat­ných a snad­no tisk­nu­tel­ných sou­čás­tí. Au­to­mo­bil by měl být na­vr­žen tak, aby byl snad­no vy­ro­bi­tel­ný na FDM 3D tis­kár­ně s mi­ni­mem tech­no­lo­gic­kých pří­dav­ných prvků. Po­čí­ta­li jsme s vý­ro­bou série o řá­do­vě ně­ko­lik de­sít­kách kusů mo­de­lů se­stav au­to­mo­bi­lů, které by byly vy­u­ži­té pro ná­sled­né vy­u­ži­tí ve vý­u­ko­vých pro­jek­tech.

První konstrukční návrhy budoucí sestavy mohou být tvarově jednoduché, to ovšem není pro škodu, zásadní jsou základní proporce sestavy

Parametrický konstrukční návrh základem

Od po­čát­ku jsme se sna­ži­li při ná­vr­hu do­dr­žet plně pa­ra­me­t­ric­ké a adap­tiv­ní po­stu­py, které by umož­ňo­valy jed­no­du­chou mo­di­fi­ka­ci a změnu roz­mě­rů. Kon­strukč­ní práce na pro­jek­tu po­sta­ve­ném na pa­ra­me­t­ric­ky po­psa­ných mo­de­lech vy­chá­zí z tra­dič­ních PLM ná­vr­ho­vých po­stu­pů vy­u­ží­va­ných v prů­mys­lo­vé praxi. IT tech­no­lo­gie jsou díky do­stup­nos­ti 3D tech­no­lo­gií v této ob­las­ti skvě­lým kre­a­tiv­ním ná­stro­jem. 3D pa­ra­me­t­ric­ké mo­de­lo­vá­ní pod­po­ro­va­né nej­no­věj­ší­mi ak­ce­le­rač­ní­mi 3D stan­dar­dy udě­la­jí kus své práce nejen při kon­struk­ci vý­rob­ku, ale také na port­fo­liu soft­warových ná­stro­jů pro vi­zu­a­li­za­ci, ki­ne­ma­tic­kou ani­ma­ci, vý­po­čty a řadu dal­ších po­stu­pů.

S novými zkušenostmi, výkonným PLM softwarem pro konstrukci a vizualizaci lze udělat opravdu precizní projekt i na úrovni školy

Čas­tým pří­stu­pem pro pří­pra­vu 3D mo­de­lů pro 3D tisk je vy­u­ži­tí po­ly­go­nál­ní­ho mo­de­lo­vá­ní. Tyto po­stu­py nejsou na pře­káž­ku pře­de­vším pro mo­de­ly, slo­ži­těj­ších a pří­rod­ních tvarů, po­sta­vy zví­řa­ta apod. Ne­ho­dí se ovšem pro tech­nic­ké pro­jek­ty, kdy vy­ža­du­je­me od jed­not­li­vých sou­čás­tí snad­no re­a­li­zo­va­tel­nou a vy­so­ce přes­nou ge­o­me­t­rii. Po­u­ži­tí po­ly­go­nál­ní­ho mo­de­lo­vá­ní v na­šich pro­jek­tech z to­ho­to dů­vo­du vy­pouš­tí­me. Je pouze je­di­ná ob­last, kdy tyto mo­de­ly pra­vi­del­ně­ji vy­u­ží­vá­me pro ná­sled­nou kon­struk­ci a vý­ro­bu a tou je re­verz­ní in­že­nýr­ství. Mo­de­ly vy­tvo­ře­né na zá­kla­dě dat po­ří­ze­ných 3D ske­ne­rem jsou ná­sled­ně pa­ra­me­t­ric­ky upra­vo­vá­ny po­mo­cí po­stu­pů hyb­rid­ní­ho mo­de­lo­vá­ní.

Dva první prototypy ještě bez některých konstrukčních detailů

Ty­pic­kou op­ti­ma­li­za­cí pro­šla kon­struk­ce au­to­mo­bi­lu v ob­las­ti po­u­ži­tých pne­u­ma­tik. Tisk vel­ké­ho množ­ství pne­u­ma­tik z ma­te­ri­á­lu TPU by byl ná­klad­ný a ča­so­vě ná­roč­ný. Proto jsme za zá­klad zvo­li­li levné pne­u­ma­ti­ky vy­rá­bě­né vul­ka­ni­za­cí ve vel­kých sé­ri­ích. Roz­mě­ry pne­u­ma­tik se díky tomu staly zá­klad­ním vstup­ním pa­ra­me­t­rem při kon­struk­ci se­sta­vy au­to­mo­bi­lu. Kon­struk­ce se­sta­vy au­to­mo­bi­lu ve své pod­sta­tě za­ča­la od čtyř kol roz­mís­tě­ných v 3D pro­sto­ru pa­ra­me­t­ric­ké­ho mo­de­lá­ře.

Optimalizace sestavy pro snadný tisk a montáž

Sna­hou při vý­ro­bě se­sta­vy bylo vy­ro­bit ma­xi­mum sou­čás­tí z ma­te­ri­á­lu PET-G. Jistě si naši čte­ná­ři všimli, že jsme si tento ma­te­ri­ál v na­šich pro­jek­tech oprav­du ob­lí­bi­li. Vhod­ným na­sta­ve­ním 3D tisku a pro­stře­dí lze navíc mi­ni­ma­li­zo­vat strin­go­vá­ní a sou­čás­ti jsou oprav­du přes­né s kva­lit­ním a vzhled­ným po­vr­chem.

První nultá série vyrobená na jediné FDM tiskárně

Se­sta­va je kon­stru­o­vá­na s ohle­dem na mi­ni­ma­li­za­ci po­tře­by vy­u­žít tis­ko­vých pod­por. Čiš­tě­ní mo­de­lu, pod­lož­ky a práce s pod­po­ra­mi ve vět­ších sé­ri­ích zna­tel­ně pro­dlu­žu­je čas po­třeb­ný pro vý­ro­bu sou­čás­tí. Po­u­ži­tí pod­por lze před­chá­zet jak apli­ka­cí řez­ných rovin ve vhod­ných mís­tech, tak úko­sům, které na­hra­zu­jí rov­no­běž­né pře­vi­sy. Při práci s mo­de­ly ob­sa­hu­jí­cí­mi tis­ko­vé mosty si mu­sí­me vždy uvě­do­mit, že tato část mo­de­lu má nižší ge­o­me­t­ric­kou sta­bi­li­tu a přes­nost. Jed­not­li­vé tis­ko­vé vrst­vy v del­ších pře­mos­tě­ních se navíc rády od­dě­lu­jí a jsou ná­chyl­něj­ší na vlhký fi­la­ment.
Kon­struk­ce se­sta­vy mo­de­lu ma­lé­ho ná­klad­ní­ho au­to­mo­bi­lu je v na­šich pro­jek­tech ře­še­na s ohle­dem na mon­táž sou­čás­tí s vy­u­ži­tím ro­ze­bí­ra­tel­ných spojů. Le­pe­ní je po­u­ži­to prak­tic­ky pouze ve fázi spo­je­ní dvou částí ka­bi­ny ři­di­če do jed­no­ho celku. Zde je pro po­sí­le­ní spoje vle­pe­na nosná uh­lí­ko­vá ty­čin­ka. Takto ma­te­ri­á­lo­vě kom­bi­no­va­ná spo­je­ní vy­ka­zu­jí nejen vy­so­kou pev­nost, ale také velmi malé roz­mě­ry prů­ře­zu ma­te­ri­á­lu v daném místě se­sta­vy. Pro le­pe­ní je vy­u­ži­to spe­ci­ál­ní­ho hus­té­ho sekun­do­vé­ho le­pi­dla s ak­ti­vá­to­rem. Naši čte­ná­ři měli dotaz k hus­té­mu sekun­do­vé­mu le­pi­dlu. Jedná se o le­pi­dlo, které má vý­raz­ně nižší te­ku­tost než běžná sekun­do­vá le­pi­dla a schne delší dobu. Proto je jeho apli­ka­ce snad­něj­ší a le­pe­ný spoj je po delší dobu možné ko­ri­go­vat. Navíc tento typ le­pi­dla vyplňuje lépe póry v tis­ko­vých vrst­vách, na roz­díl od říd­kých verzí sekun­do­vé­ho le­pi­dla, které oka­mži­tě za­te­če a vy­tvrd­ne ve velmi tenké vrst­vě.

Barevná škála materiálů PET-G poskytuje skvělé zázemí pro varianty modelu

Model automobilu a co dál?

Model ná­klad­ní­ho au­to­mo­bi­lu je od po­čát­ku na­vr­ho­ván jako plně ři­di­tel­ný. To zna­me­ná, že do něj mů­že­me ve­sta­vět po­hon­ný sys­tém a ří­ze­ní před­ních kol. S vy­u­ži­tím jed­no­du­ché pře­vo­dov­ky a di­gi­tál­ní­ho serva zís­ká­me za­jí­ma­vý zá­klad pro in­sta­la­ci po­třeb­né elek­tro­ni­ky. Může se jed­nat o spe­ci­ál­ní mo­de­lář­ské sys­témy po­sta­ve­né na pro­fe­si­o­nál­ním ří­ze­ní vo­lan­to­vou RC soupra­vou, nebo o na­sa­ze­ní uni­ver­zál­ních ří­dí­cích sys­té­mů po­sta­ve­ných na apli­ka­cí mi­k­ro­po­čí­ta­čů z ro­di­ny Ar­dui­no. Fan­ta­zii a tech­nic­kým mož­nos­tem v této ob­las­ti se meze oprav­du ne­kla­dou. Velmi pří­jem­ným hle­dis­kem na škol­ní pro­jekt je také cena vstup­ní elek­tro­ni­ky, která není vzhle­dem k její ma­so­vé do­stup­nos­ti pře­káž­kou. Ob­lí­be­nou kom­bi­na­cí v na­šich stu­dent­ských pro­jek­tech je na­pří­klad ří­ze­ní mo­de­lu mo­bil­ní­mi apli­ka­ce­mi.

Výstavka školních modelů při ukázkové akci pro nejmladší

Zá­vě­rem bych chtěl po­dě­ko­vat našim čte­ná­řům za je­jich do­ta­zy k té­ma­tu a pro další za­jí­ma­vé pro­jek­ty se mů­že­te po­dí­vat na strán­ky www.spszr.cz.