qweqweqe123123

Примеры специального применения быстрого прототипирования

Весьма вероятно, что по мере развития технологии методы быстрого прототипирования будут находить применение во многих других областях. К недавно найденным вариантам применения относятся инженерный анализ, визуализация потоков, фотоэластическое тестирование и медицинское моделирование.

 

Инженерный анализ

Инженерный анализ (reverse engineering) — это способ получения трехмерных данных в компьютеризированной форме из физических моделей или продуктов. Он имеет явные преимущества в смысле сокращения времени прохождения продукта от стадии проектирования до выхода на рынок, а также эффективного использования вкупе с другими технологиями экономии времени, такими как быстрое прототипирование и тиражирование. Процесс инженерного анализа состоит из двух фаз: оцифровка, или измерение детали, и трехмерное моделирование детали на основе данных оцифровки. Поверхности, определенные по данным оцифровки, обрабатываются и превращаются в твердотельную модель, которую необходимо экспортировать в STL-файл. Как будет объяснено в разделе 12.4.1, STL- файл — это стандартные входные данные для любого процесса быстрого прото- типирования. Перенеся STL-файл на машину для быстрого прототипирования, можно изготавливать копии отсканированной модели. Основные шаги применения инженерного анализа в быстром прототипировании иллюстрирует рис. 12.24.

Примеры специального применения быстрого прототипирования
 
 
Визуализация потока

Требования термодинамической эффективности и долговечности, предъявляемые к высокопроизводительным и изностойким двигателям внутреннего сгорания, обусловливают необходимост ь протекания через все цилиндры постоянного потока охлаждающего агента. Чтобы обнаружить в испытывающих большие механические напряжения областях крышки цилиндра и особенно картера те места, которые недостаточно снабжаются охлаждающим агентом, необходимо всестороннее тестирование. Термодинамические последствия неравномерного распределения охлаждающего агента — это медленное горение топливно-воздушной смеси и повышенная эмиссия углеводородов из холодных цилиндров, а также проблема «стука» в «горячих» цилиндрах. Вопросы распределения охлаждающего вещества становятся все более важными из-за экологических ограничений на выхлопы автомобилей.

Существующие методы тестирования обычно включают эксперименты на испытательном стенде, в которых используются литые компоненты. К сожалению, оснастка и формы, необходимые для отливки этих компонентов, зачастую поступают в распоряжение лишь на очень поздних стадиях проекта. Более того, различные адаптации, требуемые для тестирования, например бегунки для сенсоров и вырезы для оптических систем, могут привести к неверному отображению поведения реальной конфигурации в рабочем двигателе.

Быстрое прототипирование может быть эффективным альтернативным подходом к тестированию распределения охлаждающего агента. Оно позволяет с экономией времени и средств изготавливать прозрачные модели для исследования поведения потока в реальных системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания. По сравнению с ранее используемыми методами это дает не только значительные экономические преимущества, но и более высокое качество конечного продукта. Дополнительную информацию можно получить путем визуализации шаблона течения охлаждающего агента. Для этого в поток осторожно вводят крошечные пузырьки воздуха и записывают их движение на высокоскоростную видеокамеру. Изготовленный методом стереолитографии прозрачный картер коробки передач, который позволяет наблюдать пот ок смазочного масла, показан на рис. 12.25.

Примеры специального применения быстрого прототипирования
 
 

Фотоэластическое тестирование

Механические напряжения и растяжения в физическом компоненте можно оп- ределить при надлежащих условиях путем фотоэластического тестирования (photoelastic testing). В основе этого метода лежит временное двулучепреломле- ние прозрачного материала, подвергнутого определенной нагрузке. Свойством двулучепреломления обладает ряд пластических материалов. Двулучепреломле- ние — это характеристика, проявляющаяся при облучении тестового образца поляризованным белым или монохроматическим светом и состоящая в том, что один падающий луч разделяется на два, в которых световые колебания взаимно перпендикулярны. Если тестовый материал прозрачен и демонстрирует адекватное двулучепреломление, направления результирующих лучей будут соответствовать направлениям главных механических напряжений. К счастью, прототипы, изготовленные методом стереолитографии из эпоксидной смолы (например, SL 5170 и LMB 5353-1 от Ciba-Geigy), обладают высокой степенью прозрачности и близки по своим характеристикам к тестовым образцам из смолы Araldite, широко используемой для фотозластического тестирования. Различные производители, такие как Ciba-Geigy, Alleid Signal и DuPont, протестировали буквально тысячи потенциальных с]юрмул смол для этой цели. На сегодняшний день лишь около 20 смол удалось коммерчески использовать для стереолитографии. То, что этот метод не получил широкого распространения, свидетельствует о трудности одновременного выполнения всех требований фотоэластического тестирования: оптического двулучепреломления, оптической прозрачности, линейной зависимости порядка интерференции от приложенной силы и постоянства фотоэластического коэффициента [77].

 

Медицинские модели

Объединение технологий сканирования из области медицины и быстрого прототипирования из области проектирования позволяет теперь работать с данными анатомических изображений совершенно по-иному, чем это было возможно раньше. На основе данных компьютерной томографии и магнитно-резонансной интроскопии можно изготавливать методом быстрого прототипирования копии различных элементов человеческой анатомии. Имеется ряд коммерческих программ, способных преобразовывать данные изображений в STL-файл. Модели человеческих органов или костей, полученные методом быстрого прототипирования, могут использоваться следующим образом.

  • В качестве средства операт ивного планирования. С помощью быстро изготовленной модели хирург сможет лучше понять анатомические отклонения, что позволит ему более эффективно планировать даже самые сложные хирургические манипуляции.
  • В качестве средства хирургического моделирования сложных восстановительных процедур. Хирургические процедуры теперь можно реалистично смоделировать на быстро изготовленных моделях, заменяющих объект операции. Модели изготавливаются из материала, близкого по своим свойствам к кости, поэтому хирурги могут отрепетировать план операции, используя те же самые инструменты, что и в операционной. Модели можно также стерилизовать для использования в качестве наглядного образца при операции. Это повышает точность хирургических манипуляций и сокращает длительность операции.

Пример средства для репетиции хирургического вмешательства изображен на рис. 12.26. Голову двухлетнего мальчика, страдающего от гигантской фронтальной мозговой грыжи, просканировали компьютерным томографом, после чего были изготовлены две биомодели его черепа, а также третья, зеркально симметричная относительно левой стороны. Хирург использовал две биомодели в качестве ориентира, а на третьей отрепетировал план операции. Результатом явилось глубокое и точное знание требуемых сечений, что привело к сокращению длительности операции и улучшению ее исхода


Примеры специального применения быстрого прототипирования

Смотрите также