Technologie rapid prototyping – nasazení a zkušenosti

Tags: Evektor | Letectví | rapid protoryping

Nasazení technologií rapid prototyping ve společnosti Evektor zkrátilo dobu od návrhu po výrobu prototypových součástí až o 80 %. Evektor působí na trhu již 20 let. Od začátku svého vzniku se orientuje na využívání pokročilých softwarových a technických řešení, která v průběhu vývojového cyklu přinášejí významné časové a finanční úspory. V současné době zasahují aktivity Evektoru do automobilového průmyslu, průmyslu malých strojů a do leteckého průmyslu (vývoj vlastních letadel EuroStar, SportStar, VUT100 a EV-55M Outback).

Co je rapid prototyping?

Rapid prototyping je skupina technologií pro rychlou výrobu dílů, které jsou plně funkční a svými vlastnostmi se blíží finálnímu výrobku, jenž mohou dokonce i nahradit. V prototypovém centru v Evektoru disponujeme technologií 3D tisku metodou FDM (Fused Deposition Modeling) a systémem vakuového lití, které jsou doplněny o 3D optické skenování a měření.

Technologie FDM

Tato technologie využívá dvou materiálů – stavěcího a materiálu podpor. Funguje na podobném principu jako tavná pistole – materiál je z cívky odvíjen do hlavice, kde se odtavuje a je nanášen ve vrstvách na stůl „3D tiskárny". Materiál podpor se využívá v místech, kde by stavěcí materiál při tisku musel „viset ve vzduchu". Po vytvoření dílce se buď mechanicky odstraní, nebo se rozpustí ve speciální lázni.

Takto vyrobené části jsou využívány pro ověření různých konstrukčních variant, a především mohou být využívány přímo na prototypech – v reálném provozu. Tímto způsobem je dosaženo významné finanční a časové úspory při výrobě prototypových dílců, kdy už není nutné – v mnoha případech – zdlouhavě vyrábět drahé přípravky a nástroje. Zároveň je tak eliminována nutnost změny nebo výroby nových přípravků nebo nástrojů, pokud se neukáže zvolené konstrukční řešení dílu jako optimální.

Přednosti technologie FDM

• Lze takto vyrobit téměř libovolný tvar, včetně funkčních nerozebíratelných sestav.
• Potřebný díl je vyroben v řádu hodin až desítek hodin od dodání 3D pokladů.
• Široká škála použitých materiálů.
• Je možné provádět povrchovou úpravu dílů včetně pokovení.

Technologie vakuového lití

Princip vakuového lití spočívá ve využití tzv. master modelu (k jeho výrobě je možné využít právě technologii FDM, ale může to být i jiným způsobem vyrobený reálný díl), který je zalit do silikonu a po jeho vyjmutí je vyrobena forma pro lití, která je vícenásobně použitelná. Celý proces odlévání formy a odlévání jednotlivých odlitků probíhá ve vakuové komoře. Po vyjmutí odlitku z formy je provedena požadovaná povrchová úprava.
Technologie vakuového lití je vhodná zejména pro výrobu plastových prototypových dílů, dílů pro rozměrové a funkční zkoušky, designové studie nebo pro výrobu náhradních dílů, pro které již není dostupné původní výrobní zařízení. Tuto technologii lze rovněž použít pro výrobu malých sérií prototypových i finálních dílů (v desítkách až stovkách kusů).

Přednosti technologie vakuového lití

• Odlévání tvarově složitých dílů, tenkostěnných dílů nebo dílů s negativními úkosy.
• Významná úspora ceny a času ve srovnání s klasickou výrobou kovových forem.
• Použití materiálů s různou tvrdostí, měkká těsnění i tvrdé běžné plasty.
• Přesná výroba srovnatelná s přesností dílů vyrobených metodou vstřikování plastů do kovových forem.
• Široké možnosti povrchové úpravy dílů.
• Výroba dílů v různých barvách (průsvitné, průhledné, barevné).

3D optické skenování a měření

Ve zkratce řečeno: 3D optické skenování je v podstatě převedení fyzického objektu do počítačových dat za použití 3D skeneru. Ve srovnání s dotykovými měřicími systémy optický skener snímá najednou celou plochu. Po nasnímání předmětu je s pomocí softwaru vytvořen digitální model, který je následně exportován do různých datových formátů.

Další funkcí optického skenování je porovnání fyzického objektu (ať již prototypové, nebo sériové součásti) s teoretickým CAD modelem a vyhodnocení odchylek tvaru a polohy.

3D optického skenování lze vhodně využít i tam, kde chybí výrobní dokumentace nebo potřebujeme získat CAD data odpovídající realitě. Data získaná z 3D skeneru jsou softwarově zpracována a poté je z těchto dat vytvořen plošný model v přesnosti až několik setin milimetru. S výsledným modelem odvozeným od reálného výrobku je možno dále pracovat a rozvíjet jej.

Vhodné využití

• Digitalizace objektů, ke kterým nejsou k dispozici výrobní podklady
• Rozměrová a tvarová kontrola dílů
• Rekonstrukce poškozených dílů
• Reverse engineering

Přednosti optického skenování

• Okamžité vytvoření CAD modelu z nasnímaných dat
• Vysoké rozlišení a přesnost
• Vyhodnocení odchylek od CAD dat dodaných zákazníkem, získání řezů, apod
• Flexibilita – lze měřit objekty od několika mm do několika metrů
• Hmotnost a velikost měřeného objektu je prakticky neomezená

Přínos technologií rapid prototyping

Od zahájení provozu prototypového centra v Evektoru si tyto technologie našly stálé místo jako součást vývojových prací. Průměrná finanční úspora při výrobě prototypových dílců metodami rapid prototyping činí 20 až 80 % ve srovnání s konvenčními metodami výroby.