АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ОБЗОР ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВ . 9
1.1 Метод формирования слоя Bed Deposition 9
1.1.1 Прямое лазерное спекание металлов (DMLS) 11
1.1.2 Электронно-лучевая плавка (EBM) 12
1.1.3 Выборочная лазерная плавка (SLM) 14
1.1.4 Выборочная тепловое спекание (SHS) 14
1.1.5 Выборочное лазерное спекание (SLS) 15
1.1.6 Струйная трехмерная печать (3DP) 16
1.1.7 Изготовление объектов методом ламинирования (LOM) 18
1.1.8 Стереолитография (SLA) 19
1.1.9 Цифровая светодиодная проекция (DLP) 20
1.2 Метод формирования слоя Direct Deposition 21
1.2.1 Моделирование методом послойного наплавления FDM (FFF) 22
1.2.2 Производство электронно-лучевой плавкой (EBF3) 23
2 ОБЗОР КОНСТРУКЦИЙ 3D-ПРИНТЕРОВ ПО ТЕХНОЛОГИИ FDM 25
2.1 Принтеры по конструкции Prusa 26
2.2 Принтеры по конструкции Ultimake 28
2.3 Принтеры по конструкции Felix printers 30
2.4 Принтеры по конструкции дельта-робота 31
3 ПРОЕКТНЫЙ РАЗДЕЛ 34
3.1 Разработка конструкции 3D-принтера 34
3.2 Разработка системы управления 3D-принтера 43
3.2.1 Выбор контроллера для управления 3 D-принтером 43
3.2.2 Выбор двигателей для 3D-принтера 47
3.2.3 Выбор драйверов для шагового двигателя 513.2.4 Выбор экструдера 58
3.2.5 Выбор нагревательной платформы 61
3.2.6 Выбор концевых выключателей 62
3.2.7 Расчет требуемых моментов и выбор шаговых двигателей 64
3.2.8 Выбор и расчет параметров драйверов двигателей 77
3.2.9 Определение мощности потребляемой энергии и выбор источника
питания 78
3.2.10 Расчет дискретности позиционирования 80
3.2.11 Расчет экструзии филамента 81
3.3 Разработка принципиальной электрической схемы 82
3.4 Программное обеспечение 3Э-принтера 82
3.4.1 Создание и подготовка модели 82
3.4.2 Генерация управляющей программы 83
3.4.3 Загрузка управляющей программы в контроллер принтера 84
4 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ШАГОВОГО
ЭЛЕКТРОПРИВОДА В СРЕДЕ MATLAB SIMULINK 86
4.1 Имитационная модель шагового электропривода 86
4.2 Математическое моделирование работы шагового электропривода .... 87
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 91
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 92
Широкое распространение цифровых технологий в области проектирования (CAD), моделирования и расчётов (CAE), а также механообработки (CAM) стимулировало взрывной характер развития технологий SD-печати, а также внедрение её в область материального производства.
Аддитивная технология, предполагающая изготовление физического объекта (детали) методом послойного нанесения (добавления, англ. - «add») материала, в отличии от традиционного метода формирования детали, за счет удаления (subtraction - вычитание) материала из массива заготовки, позволяет экономить на используемых в производстве материалах и уменьшает выработку промышленный мусора, тем самым улучшая экологическую составляющую.
Суть использовании аддитивных технологий (в англоязычной литературе - Additive Manufacturing (AM)) может быть проиллюстрирована простым примером: CAD-модель^ AM-машина^ деталь. Это означает, что все стадии реализации проекта от идеи до материализации, находятся в единой технологической цепи, что позволяет инженеру выявить и исправить конструкторские недочеты с максимальной скоростью.
Аддитивные технологии охватывают все новые сферы деятельности человека. Дизайнеры, архитекторы, кондитеры, преподаватели используют SD-принтеры для реализации своих всевозможных неожиданных идей и проектов.
Активно создаются роботизированные комплексы для «печати» быстротвердеющими бетонными смесями. В качестве примера можно привести экструзионный SD-принтер для строительства зданий, созданный Андреем Руденко из Миннесоты.
Китайская компания Shanghai WinSun Decoration Design Engineeringреализует проект по созданию принтеров для постройки зданий с использованием индустриальных отходов в качестве строительного материала. Первые десять домов построены в течение одних суток.
Десятки компаний (Biozoon, Dovetailed, Structur3D, Choc Edge, SMRC, f3d, Natural Machines и др.) осваивают новый рынок печати продовольственных товаров, печатая на принтере пиццы, пасты, печенья и другие кондитерские продукты.
Особое внимание уделяется развитию технологий DMF - Direct Metal Fabrication, непосредственного «выращивания» из металла необходимых изделий, данная технология рассматривается в качестве одной из стратегических для освоения в первую очередь в аэрокосмической и оборонной отраслях.
В любом производстве, важно отношение приобретённого материала к количеству этого материала в изготовленном изделии. По разным данным в авиастроении, это отношение составляет 15:1 или даже 20:1 для сложных деталей. Использование аддитивных технологий позволяет свести этот показатель до - 2:1.
Несомненно, аддитивные технологии это будущие. Поэтому очень важно продемонстрировать студентам возможности 3 D-печати. Вовлечь их в научноисследовательскую работу для развития аддитивных технологий в России и во всем мире. Повысить профессионализм выпускников используя в учебном процессе цепочку «Идея - 3D модель - Макет(изделие)», позволяющая обучаемому реально создать и потрогать своими руками свое изделие, а не только увидеть его на бумажном чертеже или мониторе компьютера.
Был проведен анализ основных технологий аддитивной печати и обзор популярных устройств с числовым программным управлением работающих по FDM технологии.
Была разработана конструкция и система управления электропривода- позиционера 3D принтера по подобию кинематической схемы Prusa. Конструкция принтера была доработана с учетом всех негативных особенностей данной кинематической схемы.
Выбрана элементная база в которую входит: контроллер Arduino Mega 2560, плата расширения RAMPS 1.4, шаговый двигатель 1704HS168A, драйвер для шагового двигателя А4988, Экструдер Geetech GT9S J-Head v2.0, нагревательная платформа PCB Heatbed MK2B, оптический выключатель, модуля визуализации и управления принтером во время автономной работы . Выбрано программное обеспечение.
Рассмотрен расчёт основных силовых элементов на крутящий момент, с учетом сил трения и инерции системы.
Приведена принципиальная электрическая схема устройства.
Проведено математическое моделирование режима работы шагового электропривода в прямом и обратном направлении в среде matlab simulink. Были сняты выходных характеристики тока, электромагнитного момента, частоты вращения и отработки положения вала во всех режимах работы. Полученные данные свидетельствуют о работоспособности разработанного привода-позиционера.
