02

Projektowanie zorientowane na technologie druku 3D

Instytut PIAP wspiera projektantów CAD w zakresie optymalizacji geometrii projektowanych prototypów (w tym przede wszystkim geometrii wewnętrznych) pod kątem pożądanej charakterystyki wytrzymałościowej, masy detalu oraz ekonomicznego zużycia materiałów używanych do wydruków 3D.

Obecnie maszyny do addytywnego wytwarzania są wyposażane w specjalistyczne oprogramowanie służące do odpowiedniego przygotowania modelu CAD zaprojektowanego prototypu do procesu addytywnego. Oprogramowanie, oprócz podziału geometrii na warstwy, generowania struktur wspierających model oraz sterowania parametrami procesu addytywnego (np. wartości temperatur w komorze roboczej maszyny) daje również możliwość generowania geometrii wewnętrznych (tzw. wypełnienia wewnętrznego).

Ta funkcjonalność oprogramowania dostarczanego razem z maszynami ma jednak swoje wady i zalety. Do zalet z pewnością należy możliwość szybkiego wygenerowania wybranych geometrii wewnętrznych – kratownica, struktura żeberkowa, plaster miodu itp. Z drugiej strony oprogramowanie ma ograniczone możliwości modelowania geometrii wewnętrznych oraz zmiany jej parametrów, głównie przez możliwość programowania wypełnienia jedynie równolegle do płaszczyzny stołu modelowego. Co więcej, generowanie geometrii wewnętrznej przez oprogramowanie do procesów addytywnych nie ma związku z modyfikacjami oryginalnego modelu CAD prototypu (nie działa wstecz). Dlatego w przypadku technologii addytywnych projektowanie CAD jest podzielone na dwa poniekąd niezależne od siebie etapy wykonywane w dwóch różnych programach komputerowych (tj. w środowisku CAD oraz w oprogramowaniu producenta maszyny), co jest rozwiązaniem nieoptymalnym.

Mając na uwadze tę niedogodność, Instytut PIAP rozpoczął własne prace badawcze nad metodyką modelowania geometrii wewnętrznych dla prototypów wytwarzanych przyrostowo przy wykorzystaniu jedynie oprogramowania CAD. Metodyka ta pozwala na modelowanie dowolnych geometrii wewnętrznych, które mogą zostać bezpośrednio wytworzone metodami przyrostowymi.

Model CAD prostopadłościanu (niebieski) wraz z przykładowym narzędziem do tworzenia własnej geometrii wewnętrznej

Rys. 1. Model CAD prostopadłościanu (niebieski) wraz z przykładowym narzędziem do tworzenia własnej geometrii wewnętrznej

Prostopadłościan z materiału ABS-M30 z zaprojektowaną w systemie CAD geometrią wewnętrzną, wytworzony na maszynie FORTUS 400 mc (fot. PIAP)

Rys. 2. Prostopadłościan z materiału ABS-M30 z zaprojektowaną w systemie CAD geometrią wewnętrzną, wytworzony na maszynie FORTUS 400 mc. Jest to pierwszy model, którego geometria wewnętrzna została w całości zaprojektowana w systemie CAD i nie jest zorientowana równolegle do płaszczyzny stołu maszyny

To, co będzie stanowiło o jej unikatowości, to możliwość wykorzystania zaprojektowanej geometrii bezpośrednio do obliczeń metodą MES w celu szacowania wytrzymałości opracowanych prototypów z zaprogramowaną geometrią wewnętrzną i ich optymalizację. Dzięki temu w wyniku jednego procesu projektowania CAD możliwe jest wykonanie dwóch niezależnych operacji jednocześnie – obliczeń komputerowych i bezpośredniego wytwarzania metodą przyrostową części, których geometria wewnętrzna będzie dopasowana do warunków brzegowych (obciążeń, zamocowań itp.).

Aktualnie prace są realizowane na prostych, reprezentatywnych geometriach – prostopadłościan, kula, walec. W kolejnym etapie będą badane bardziej skomplikowane geometrie – wybrane części robotów mobilnych.