Расщепление и объединение

На стадии расщепления и слияния детали и поддерживающие структуры рассекаются компьютером на серию параллельных горизонтальных плоскостей. Результатом являются файлы сечений, состоящие из расположенных слоями друг над другом поперечных сечений. Расстояние между поперечными сечениями — это толщина слоя. Толщина слоя выбирается исходя из упомянутого выше эффекта «ступенек». Нижний предел толщины слоя определяется разрешающей способностью управления подъемным механизмом платформы, а верхний мощностью лазера и скоростью сканирования. В существующих машинах для стереолитографии диапазон допустимой толщины слоя составляет от 0,064 мм (0,0025 дюйма) до 0,762 мм (0,030 дюйма).

После того как файлы сечений для детали и поддерживающих структур созданы, они объединяются, так что деталь и ее поддерживающие структуры могут изготавливаться вместе как единое целое. Если одновременно на одной платформе должны изготавливаться несколько деталей (рис. 12.33), файлы сечений всех деталей и поддерживающих структур объединяются таким образом, что поперечные сечения, принадлежащие одному и тому же слою, интерпретируются как поперечное сечение одной детали.

На этой стадии также определяются параметры, необходимые для изготовления детали (предполагаемый стиль и желаемый шаг решетки, компенсация ширины линии и коэффициенты компенсации усадки).

 

Расщепление и объединение

 
 

Стиль и шаг решетки

Внутренняя решетка (internal hatch) - это метод отверждения внутренности детали, или объема внутри границ. Поскольку отверждение производится путем сканирования лучом лазера конечного диаметра, практически невозможно полностью просканировать внутренность детали. Однако выборочное сканирование может обеспечить структурную жесткость, а незатвердевшие области оставляются до процедуры окончательного отверждения. То есть сначала очерчиваются границы, а затем сканируется внутренность, для чего используется один из следующих стилей. Трехлинейная решетка (Tri-Hatch) состоит из линий, параллельных оси х, а также линий под углом 60° и 120° к оси х. Это дает внутреннюю структуру из равносторонних треугольников. Шаг между этими линиями чаще всего устанавливается равным 1,27 мм (0,05 дюйма). Трехлинейная решетка была самым распространенным шаблоном сканирования, пока не появился метод WEAVE — новая технология изготовления деталей, разработанная фирмой 3D Systems.

В методе WEAVE обычно используется решетка из линий, параллельных осям х и у. Обратите внимание, что ячеистый шаблон для подпорки-основания, показанной на рис. 12.32, можно создать с помощью метода WEAVE с большим шагом решетки. Решетка для детали имеет шаг около 0,279 мм (0,011 дюйма) при толщине слоя 0,254 мм (0,010 дюйма) по осям х и у. Для более тонких слоев необходимо уменьшать шаг решетки.

Появление метода WEAVE значительно повысило точность изготовления деталей в сравнении с прежним методом трехлинейной решетки. С тех пор были разработаны еще несколько технологий выполнения процесса. Почти все передовые процессы изготовления деталей, стремящиеся повысить точность изготовления детали, сосредоточиваются на минимизации эффектов внутреннего напряжения. Технологии ST AR-Weave, QuickCast и ACES были специально разработаны с целью уменьшить искажения.

Новый стиль STAR-WEAVE, являющийся производным от WEAVE, вводит три новых понятия: шахматная решетка (staggered hatch), чередование последова- тельности (alternate sequencing) и сокращенная решетка (retracted hatch). В акрониме «SТAR-WEAVE» буквы «SТ » обозначают шахматную решетку, «А» — чередование, a «R» — сокращенную решетку.

Различия между обычной и шахматной решеткой иллюстрирует схематическая диаграмма на рис. 12.34. При сканировании по методу SТAR-WEAVE, поскольку вектора решетки n-го слоя смещены ровно на половину шага обычной решетки (hs/2) по отношению к векторам решетки (п - 1)-го слоя, какие-либо следы микротрещин исчезают. Кроме того, этот метод позволяет уменьшить концентрацию напряжений вдоль более слабых областей между векторами.

Термин чередование последовательности означает, что последовательность рисования линий чередуется от слоя к слою. В этом случае векторы X и Y будут чередоваться в порядке, определенном последовательностью рисования. Так, например, в четных слоях первыми могут рисоваться векторы X, а в нечетных — векторы Y. Более того, направление рисования векторов также чередуется. Соответственно, например, в п-м слое векторы X рисуются первыми в направлении от передней стенки чана к задней стенке. В (n + 1)-м слое векторы X рисуются вторыми (после векторов Y), причем в направлении от задней стенки чана к передней.

 

Расщепление и объединение

 

В сокращенной решетке каждый вектор, X либо Y, проведен так, что он соединен только с одной из границ. Противоположный конец вектора решетки отстоит от соответствующей границы на небольшое расстояние, обычно порядка 0,25 мм (0,01 дюйма). Сокращенная решетка схематически изображена на рис. 12.35.

Помимо STAR-WEAVE был также разработан метод QuickCast, позволяющий повысить точность изготовления деталей, используемых в качестве моделей при литье по выплавляемым моделям. Когда выяснилось, что тепловое расширение твердых моделей, выполненных методом стереолитографии, приводит к ломке даже самых прочных оболочек, стало очевидно, что модели необходимо изготавливать с поддерживающей структурой в виде внутренней решетки с большим шагом, которая фиксировала бы внешние границы детали. Варьируя шаблон решетки, с тем чтобы обеспечить возможность удаления излишков смолы, можно изготавливать квазиполые модели, позволяющие успешно отливать твердые металлические детали. Поскольку квазиполая структура шаблонов в методе QuickCast требует меньшего количества материала, связывающего соседние слои, внутренние напряжения в «зеленой детали» ослабляются. Искажения при окончательном отверждении также снижаются, поскольку меньшее количество материала подвергается усадке.
 
Расщепление и объединение
 
Чтобы создать квазиполую структуру но методу QuickCast, необходимо изготавливать объект с большим шагом решетки. Говоря математическим языком, объект должен быть односвязным. Если в произвольном месте топологически односвязного шаблона умышленно создать спускное отверстие, а еще в одном его месте создать относительно небольшое вентиляционное отверстие, устраняющее частичный вакуум, который в противном случае неминуемо бы образовался незатвердевшая жидкая смола может вытечь из шаблона. Шаблоны решетки для метода QuickCast показаны на рис. 12.36.
 

Расщепление и объединение

 

Цель технологии ACES состоит в том, чтобы высокой точностью и четкостью изготавливать твердые детали из эпоксидной смолы, обладающие превосходной формоустойчивостью. Это достигается путем полной и однородной полимеризации в процессе изготовления детали, что практически устраняет  искажения при окончательном отверрждении  и внутренние напряжения. Для минимизации биметаллического эффекта в ACES  используется прогрессивное отверждение слоя смоля, при котором она почти  полностью затвердевает,  прежде чем свяжется со следующим слое.

 

Компенсация ширины линии                                   v

Точно так же как центр режущего инструмента должен быть смещен на величину его радиуса от границы детали при обработке на станке с ЧПУ, лазер в стереолитографии должен быть смещен на половину ширины линии внутрь детали для получения правильного положения границ. Например, на рис. 12.37, а компенсация ширины линии отсутствует, а на рис. 12.37, б она имеется. Оптимальное значение поправки для компенсации ширины линии определяется обычно путем тестирования на пробной детали.

 

Компенсация усадки

Полимеризация ведет к увеличению плотности материала и тем самым к уменьшению объема детали. Поэтому необходимо несколько увеличить деталь, чтобы компенсировать усадку, происходящую после затвердевания. Степень увеличения указывается через коэффициент усадки, который задается пользователем. Определить коэффициент усадки крайне сложно, это требует тщательных вычислений и большого опыта.

 

 

Смотрите также