Skanowanie 3D spotyka trójwymiarowe drukowanie w metalu

Trójwymiarowe drukowanie w metalu to bardzo szybko rozwijająca się technologia produkcyjna z wyjątkowymi atutami, która otwiera możliwości dla rozwoju elastycznego produktu, zwiększonej wydajności i krótszego czasu realizacji.  Wielkie wyzwanie: Relatywnie wysokie koszty połączone ze strukturą wyjątkowego wsparcia. Potencjalnym klientom brakuje powszechnej wiedzy, w jaki sposób zastosować tę innowacyjną technologię, aby w pełni wykorzystać jej potencjał. 

Qualified Rapid Products (QRP) to dostawca części powstałych wskutek trójwymiarowego drukowania w metalu. Amerykańska firma oferuje produkty wykonane z aluminium, tytanu, stali nierdzewnej, stali narzędziowej, chromu i inconelu, koncentrując się na dużej dokładności drobnych funkcjonalnych części, tj. filtrach typu plaster miodu, mechanizmach roboczych (manipulatorach), narzędziach lub prototypach dla tłoczonych i prasowanych części lub adapterach dla różnorodnych zastosowań. Od 2015 roku QRP wykorzystuje zamknięty system pomiarowy AICON do kontroli bardzo trudnych do produkcji części. W przypadku takich elementów dokładność wymiarowa jest bardzo istotna.  Dodatkowo firma przeprowadziła studium wyboru optymalnego rozwiązania odnośnie tolerancji, wykorzystując do tego celu skaner 3D.

Dostawca, konsultant i projektant

QRP oferuje swoim klientom wszechstronne usługi, a tym samym znacznie wyprzedza swoją konkurencję. Oprócz procesów następujących przed i po przetwarzaniu oraz produkcji części powstałych wskutek trójwymiarowego drukowania w metalu, firma oferuje również usługi doradcze i optymalizację projektu. Klientami QRP są inżynierowie mechanicy potrzebujący produktu, który został zakwalifikowany, jego kształt/ciężar zoptymalizowany i/lub jego iteracja jest niedroga. Wykorzystują nowe możliwości geometryczne, aby otrzymać wytrzymałe, lekkie, niewielkich rozmiarów i odpowiednio przystosowane projekty - produkują mniejszą ilość części o dostosowanych do potrzeb klienta kształtach, a do tego nie potrzebują własnych narzędzi. Klienci QRP kupują również czas: Szybciej otrzymują informacje zwrotne dotyczące iteracyjnych projektów - wszystko to prowadzi do krótszego cyklu rozwoju (opracowania) produktu.

Zastosowana drukarka 3D specjalizuje się w małych częściach o bardzo wysokiej rozdzielczości.  Wykorzystując specjalną metodę spiekania proszków (Laser Powder Bed Fusion), źródło ciepła (energia termalna) stapia cząstki proszków w celu ich połączenia ze sobą. Jedna po drugiej tworzone są kolejne warstwy obiektu z jednego sproszkowanego materiału, którym jest metal, wykorzystując jako bazę przygotowany model cyfrowy przedmiotu w oprogramowaniu CAD.  QRP kładzie duży nacisk na kontrolę i weryfikację, aby upewnić się, czy jej produkty spełniają wymagania klientów.

Dzięki zastosowaniu skanera AICON 3D wyprodukowane elementy są poddawane kontroli pod kątem ich dokładności wymiarowej. Osiowania i odchyłki względem referencyjnych danych CAD są dokumentowane w raporcie pomiarowym. Analiza danych przeprowadzania jest z pomocą oprogramowania PolyWorks® Inspector. Dane pomiarowe w formacie STL są porównywane z geometrią referencyjną (odniesienia).  Klienci QRP przywiązują dużą wagę do danych obiektu i diagramów konturowych. Wymagania są bardzo różnorodne: od prostych obrysów (wykresów typu Contour Plot) z najlepszym dopasowaniem do oryginalnej geometrii po raporty z kontroli przedstawiające wyniki dla wszystkich krytycznych wymiarów.

Skanery 3D mogą być wykorzystywane zarówno do powielania istniejących części, jak do generowania formatów STL do przyszłej pracy z modelami CAD lub do drukowania 3D.

Niezawodny system do skanowania małych części

Zamknięty system pomiarowy jest odpowiedni do pozyskiwania dokładnych, automatycznych trójwymiarowych danych bardzo małych technicznych obiektów. System jest wyposażony w dwie kamery i oświetlenie LED wysokiej mocy. Konstrukcja jego sondy nie tylko zapewnia 10-krotne większe natężenie oświetlenia, ale również znaczne udoskonalenie  rozdzielczości (wyrazistości) krawędzi. Dzięki optymalnemu pozyskiwaniu danych oraz szybkiej ocenie, użytkownik znacznie szybciej otrzymuje najbardziej dokładne dane 3D części. Dowolnie pozycjonowany dwuosiowy stół uchylno-obrotowy sprawia, że skaner również mierzy elementy o skomplikowanym kształcie.  Ponadto, dzięki obudowie systemu, system do digitalizacji jest właściwie chroniony, przez co jest odporny na zakłócenia z zewnątrz. Dane pomiarowe generowane są w formacie STL i mogą być wykorzystane w celu dalszego przetwarzania przez dowolny program CAD bądź oprogramowanie do kontroli.

Studium wyboru optymalnego rozwiązania odnośnie tolerancji dla trójwymiarowego drukowania w metalu

Według firmy QRP jedno z najczęstszych pytań odnośnie wytwarzania addytywnego, czyli druku przestrzennego, dotyczy tolerancji, jakie należy utrzymać. Odpowiedź na to pytanie nie jest prosta, ponieważ wyniki dotyczące tolerancji zależą w głównej mierze od orientacji modelu i struktury pomocniczej. Dodatkowo tolerancje zależą od metody pomiarowej,  struktury płaszczyzny (bazy) odniesienia oraz rodzaju pomiarów (np. forma, pozycja itp.)

Aby w sposób bardziej jednoznaczny odpowiedzieć na to pytanie, firma QRP przeprowadziła studium wyboru optymalnego rozwiązania odnośnie tolerancji, wykorzystując system pomiarowy AICON. W tym celu wykorzystano połowę prostej formy z wyraźnie zdefiniowanymi tolerancjami GD&T oraz tolerancjami plus/minus. Następnie stworzono i zmierzono powstałą wskutek tego procesu część. Oprogramowanie PolyWorks® Inspector przeprowadziło analizę danych.  Część była zorientowana w tej samej drukarce 3D, tak jak jej regularnie kontrolowane części.

Wynik przeprowadzonego studium pokazuje, że należy zachować wiele zmiennych i muszą podlegać one ścisłej kontroli, dzięki czemu pomiar będzie zgodny z drukiem i wymaganiami Na przykład jeśli struktura pomocnicza części zostanie poddana zbyt dużej obróbce, cieńsza wysokość części będzie kontrolowana. Podczas kontroli można się spierać, czy druk był błędny czy też urządzenie do kontroli 3D niedokładne. W tym przypadku winę za cieńszą część niż wymagano ponosi operator maszyny.

Przeprowadzone badania obrazują w jaki sposób tolerancje w dużej mierze zależą od orientacji modelu, struktury pomocniczej i produkcji części. Dzięki badaniom można łatwo zidentyfikować jak wielki wpływ mają te czynniki na końcowe wymiary i czy mogą drastycznie wypaczyć rzetelność uzyskanych wyników z wykorzystaniem urządzenia pomiarowego 3D.

W przeszłości firma QRP realizowała swoje zadania pomiarowe stosując suwmiarki mechaniczne. Wzrost wymagań klientów odnośnie dokładności zwiększył zapotrzebowanie na optyczne pomiary 3D. Dyrektor QRP - Robert Smith - jest bardzo zadowolony z systemów AICON. Wymagał, aby system szybko pozyskiwał wiele danych i łączył różne obrazy w jeden plik STL: "Ten system pomiarowy jest wręcz niewiarygodnie dokładny - może przeprowadzić szczegółową kontrolę i weryfikację geometryczną. Stanowi zintegrowane, proste w obsłudze rozwiązanie do otrzymywania bardzo dokładnych i rzetelnych wyników pomiarowych. Dzięki zamkniętej budowie mierzone przedmioty są czyste, a dostęp z zewnątrz światła i hałasu ograniczony.

 
Pragniemy podziękować pracownikom firmy QRP za wsparcie podczas opracowywania tego raportu!