MODUL 1 · OSNOVE 3D ISPISA
Nastavna jedinica 1.2
Osnove aditivnih tehnologija
Pod nazivom 3D ispis krije se sedam različitih skupina postupaka koje povezuje samo jedno: materijal se dodaje u slojevima. Sve ostalo — stanje materijala, izvor energije, način spajanja — razlikuje se od skupine do skupine. Norma taj skup uređuje i daje nazive koje vrijedi znati.
- objasniti načelo aditivne proizvodnje i ulogu računalnog modela
- navesti sedam skupina aditivnih postupaka prema normi i njihovo načelo
- obrazložiti glavne prednosti i ograničenja aditivne proizvodnje
- objasniti pojavu anizotropije i njezinu posljedicu za čvrstoću predmeta
- razlikovati brzu izradu prototipa od izravne proizvodnje dijelova
Načelo aditivne proizvodnje
Aditivna proizvodnja definira se kao postupak spajanja materijala radi izrade predmeta iz podataka trodimenzionalnog modela, obično sloj na sloj, za razliku od postupaka odvajanja čestica. U toj definiciji svaka riječ nosi zahtjev. Spajanje materijala znači da se čestice, kapljice ili niti moraju međusobno povezati. Podaci modela znače da oblik dolazi iz datoteke, a ne iz alata. Sloj na sloj opisuje redoslijed: svaki se sloj oslanja na onaj ispod sebe.
Zajedničko svim postupcima jest da uređaj u svakom trenutku zna samo dvodimenzionalni zadatak. Treća dimenzija nastaje ponavljanjem. Zbog toga visina predmeta izravno određuje broj slojeva, a time i vrijeme ispisa. Model N-14 visok je 18 mm i uz visinu sloja 0,20 mm ispisuje se u 90 slojeva; udvostručenje visine udvostručuje i broj slojeva, dok se povećanje tlocrtne površine odražava mnogo blaže.
Materijal može biti u obliku žice, praha, kapljevine ili lista. Energija koja materijal spaja može biti toplina, svjetlost, laserski snop ili kemijska reakcija veziva. Kombinacija stanja materijala i načina spajanja daje podjelu koja slijedi.
Sedam skupina postupaka
Norma razvrstava aditivne postupke u sedam skupina prema načelu rada. Podjela je važna jer određuje rječnik struke: isti se postupak kod različitih proizvođača prodaje pod različitim trgovačkim nazivima, ali skupina ostaje ista.
| Skupina | Načelo | Stanje materijala | Tipični postupci |
|---|---|---|---|
| Istiskivanje materijala | materijal se tali i istiskuje kroz mlaznicu | žica ili granulat | FDM, FFF |
| Fotopolimerizacija u kadi | kapljevita smola skrućuje se svjetlom | kapljevina | SLA, DLP, LCD |
| Taljenje praha u sloju | laser ili snop elektrona spaja prah | prah | SLS, SLM, DMLS, EBM |
| Mlaz veziva | vezivo se otiskuje na sloj praha | prah i vezivo | binder jetting |
| Mlaz materijala | kapljice materijala otiskuju se i skrućuju | kapljevina | material jetting, PolyJet |
| Laminiranje listova | listovi se spajaju i obrezuju | list ili folija | LOM, UAM |
| Izravno nanošenje energije | materijal se tali u trenutku nanošenja | žica ili prah | DED, laserski navar |
U obrazovanju i u radionicama najzastupljenija je prva skupina, jer su uređaji jeftini, materijali dostupni, a rad razmjerno siguran. Druga skupina daje najfinije detalje i koristi se ondje gdje je izgled važan. Treća i sedma skupina rade s metalom i pripadaju industrijskoj razini opreme.
Prednosti i ograničenja
Prednosti aditivne proizvodnje proizlaze iz činjenice da oblik ne određuje alat. Izrada ne traži pripremu alata pa je put od zamisli do predmeta kratak. Složeni oblici, unutarnji kanali, rešetkaste strukture i šuplji predmeti izvedivi su bez dodatnog troška. Više se dijelova može spojiti u jedan, čime nestaju spojevi i montaža. Izmjena modela ne povlači nikakav trošak osim novog ispisa.
Ograničenja su jednako stvarna. Vrijeme izrade po komadu dugo je i ne smanjuje se serijom, pa postupci s alatom preuzimaju prednost čim serija naraste. Površina i točnost slabije su nego kod obrade odvajanjem. Izbor materijala uži je, a svojstva ispisanog komada ovise o smjeru. Veličina predmeta ograničena je radnim prostorom uređaja; kod printera P-1 to je 250 × 210 × 210 mm.
Zapamtite
Aditivna proizvodnja jeftina je po komadu kada je serija mala i oblik složen. Postupci s alatom jeftini su po komadu kada je serija velika i oblik jednostavan. Granica između ta dva područja pomiče se s cijenom opreme i materijala, ali sama podjela ostaje.
Slojevitost i anizotropija
Predmet izrađen slaganjem slojeva nije jednorodan. Unutar jednog sloja materijal je neprekinut, a između dvaju slojeva postoji spoj nastao zavarivanjem toplog materijala na prethodni, već ohlađeni sloj. Taj je spoj slabiji od osnovnog materijala. Posljedica je anizotropija: čvrstoća u smjeru osi ispisa, okomito na slojeve, tipično iznosi od 40 do 70 posto čvrstoće izmjerene u ravnini sloja.
Praktična posljedica je važna pri orijentaciji predmeta. Ako se opterećenje prenosi okomito na slojeve, predmet će se raslojiti pri sili znatno manjoj od očekivane. Ako se isti predmet okrene tako da sila djeluje u ravnini sloja, nosivost može biti dvostruko veća, a da se nije promijenio ni materijal ni postavke. Kod modela N-14 to znači da se provrt za vijak postavlja tako da se sila zatezanja ne prenosi preko granice slojeva.
Prikaz uspoređuje dopuštenu silu za isti presjek kada opterećenje djeluje u ravnini sloja i kada djeluje okomito na slojeve. Odnos čvrstoća zadaje se udjelom.
Prototipiranje i izravna proizvodnja
Aditivne se tehnologije koriste na dva bitno različita načina. Brza izrada prototipa znači da je ispisani predmet samo pomoćno sredstvo: služi da se oblik provjeri, pokaže naručitelju ili ispita u sklopu, a konačni će dio nastati drugim postupkom. Zahtjevi su tada blaži jer predmet ne mora izdržati radno opterećenje niti trajati godinama.
Izravna proizvodnja znači da je ispisani predmet konačni dio koji ulazi u uporabu. Tada vrijede svi zahtjevi kao i za bilo koji drugi dio: čvrstoća, ponovljivost mjera, otpornost na temperaturu i sljedivost materijala. Zbog toga izravna proizvodnja traži stroži nadzor postupka, potvrđene postavke i redovitu provjeru uređaja.
Pažnja
Postavke koje daju dobar prototip nisu nužno dovoljne za uporabni dio. Prototip smije imati ispunu od 15 posto i dvije obodne linije; nosivi dio traži više obodnih linija, gušću ispunu i provjeru u smjeru opterećenja.
Ključni pojmovi
| Pojam | Značenje |
|---|---|
| Aditivna proizvodnja | Spajanje materijala u slojevima prema podacima modela, nasuprot odvajanju. |
| Anizotropija | Ovisnost svojstava o smjeru; kod FDM najizraženija između slojeva. |
| Fotopolimerizacija | Skrućivanje kapljevite smole djelovanjem svjetlosti određene valne duljine. |
| Taljenje praha u sloju | Spajanje čestica praha laserom ili snopom elektrona. |
| Brza izrada prototipa | Uporaba aditivnih postupaka za probne primjerke, ne za konačne dijelove. |
| Izravna proizvodnja | Izrada konačnih, uporabnih dijelova aditivnim postupkom. |
Provjeri se
Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.
Pitanje 1 od 3
Koliko skupina aditivnih postupaka razlikuje norma?
Postupci se razvrstavaju u sedam skupina prema načelu rada i stanju materijala.
Pitanje 2 od 3
U koju skupinu pripada taložno srašćivanje?
FDM tali filament i istiskuje ga kroz mlaznicu, što je načelo skupine istiskivanja materijala.
Pitanje 3 od 3
Zašto je ispisani predmet slabiji u smjeru osi ispisa?
Između slojeva postoji zavareni spoj koji ne doseže čvrstoću osnovnog materijala, pa nastaje anizotropija.
Odgovoreno 0 od 3.