FREEDEE | Alkatrészek pótlása 3D nyomtatással és 3D modellezéssel
Minőségi asztali 3D nyomtatók, eszközök és szolgáltatások. A 3D nyomtatást érintő kérdéseivel, árajánlat kérésével keressen minket bizalommal!
freedee, 3D nyomtatás, 3D print, 3Dprinting, tárgynyomtatás, szkennelés, MiniMe, MakerBot, Cube, Sense szkenner, 3D nyomtató, 3D nyomtató ár, 3D szkennelés
5483724
post-template-default,single,single-post,postid-5483724,single-format-standard,ajax_fade,page_not_loaded,smooth_scroll,,wpb-js-composer js-comp-ver-5.0.1,vc_responsive

Blog

Alkatrészek pótlása 3D nyomtatással és 3D modellezéssel

A 3D nyomtatás, illetve a műanyagszálas FDM technológiával dolgozó asztali 3D nyomtatók már nem csupán prototípusgyártásra, hanem – a gazdaságos üzemeltetésnek és olcsó alapanyagoknak köszönhetően – már sorozatgyártásra, végtermékek készítésére is alkalmas lehet. A felhasználható termoplasztikus polimerek már nem csupán mesterdarabok, tesztelésre szánt kísérleti modellek követelményeinek felelnek meg, de használati körülmények között is megállják a helyüket.

 

Kep1

 

A 3D nyomtatás FDM technológiával többféle műanyag alkalmazását teszi lehetővé, a leggyakoribb azonban a PLA nevű bioloimer, amelyet sokan a jövő műanyagaként is emlegetnek. A PLA egy ideális 3D nyomtatási alapanyag, hiszen remek mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, valamint alacsony mértékű zsugorodása lehetővé teszi, hogy szobahőmérsékletű munkatérben nyomtassunk vele mindenfajta deformáció nélkül. Néhány ipari műanyag csak temperált nyomtatótérben, fűtött munkalappal extrudálható rétegről rétegre, a PLA azonban 200-220 C körüli hőmérsékleten remekül nyomtatható akár magasabb, 80-100mm/s körüli sebességgel is.

 

Kep2

 

A műszaki területen azonban sokan idegenkednek a PLA-tól, műanyagipari szakemberek rendszerint előnyben részesítik a fröccsöntéshez használt ABS, PC, Nylon, HIPS, ASA alapanyagokat. Jóllehet a felsorolt polimerek remekül alkalmazhatóak a fröccsöntés technológiájához, a rétegről rétegre történő 3D nyomtatásnál azonban speciális körülmények is felmerülnek. A PLA alapesetben gyengébb mechanikai és UV-állósági mutatói azonban speciális adalékokkal javíthatóak, az anyag kémiai és szilárdságtani tulajdonságai programozhatóak. Dr. Bodnár Zsolt, a Philamania alapítója csaknem 15 éve dolgozik PLA-val, több speciális receptet dolgozott már ki különleges 3D nyomtatható PLA alapanyagra. Különleges módszereivel a PLA olyan műszaki feladatokra is alkalmassá válik, ahol a ABS-nél nagyobb szakítószilárdságra vagy éppen hőállóságra van szükség, az alapanyag mindemellett komposztálható és környezetbarát tulajdonságokkal is rendelkezik.

 

Kep3

 

Éppen ezen tulajdonsgai miatt válik a PLA optimális 3D nyomtatási alapanyaggá, és használják egyre többen és többen, nem csupán hobbicélokra vagy prototípusgyártásra. A Philamania speciális fejlesztései között szerepelnek vezető tulajdonságú, antisztatikus vagy ESD típusú PLA alapanyagok, amely tulajdonságok alapkövetelmények például elektronikai összeszerelő üzemekben. Ezekben az üzemekben alapkövetelmény az ESD minősítés, amelyet néhány hazai üzem már hitelesített is. Emellett orvosi vagy élelmiszeripari felhasználásra kifejlesztett, antibakteriális PLA is létezik, amely már nem is bomlik le még nedves, bakteriális közegben sem, így alkalmas élelmiszercsomagolásnak vagy orvosi segédeszközök gyártására is. Ráadásul léteznek különleges mechanikai tulajdonságokkal rendelkező, akár 150 C körüli hőmérsékletig hőálló biopolimerek is, így a műszaki alkalmazhatóság széles spektrumra terjedhet ki.

 

Kep4

 

Ennek jegyében a FreeDee 3D Akadémia is egyre többször kap olyan megbízásokat, melyek során meglévő, sérült alkatrészt kell pótolni gazdaságos, PLA alapanyaggal dolgozó 3D nyomtatók segítségével. 3D nyomtatáshoz minden esetben szükség van digitális 3D tervfájlra (.stl formátumban), a gyakorlatban a régi, törött alkatrészekről azonban ritkán áll rendelkezésre CAD modell. A meglévő, sérült alkatrészről így minden esetben házon belül kell előállítani a nyomtatási fájlt, amelyet rendszerint reverse engineering eszközökkel és módszerekkel szoktak kivitelezni. Reverse engineering során a meglévő alkatrészről készül a CAD fájl, amely alkalmas mérésekre, valamint 3D nyomtatással történő replikációra is. A CAD fájl a meglévő objektumről 3D szkenneléssel is előállítható, ehhez azonban nagyfelbontású, ipari pontosságú professzionális 3D szkennerekre van szükség, mint amilyen az 50 mikronos felbontásra képes Artec Spider kéziszkenner. A szkenner által előállított felülethálóból aztán speciális reverse engineering szoftverek segítségével szerkeszthető, tömör modell készül, amely már gyártható is egy asztali 3D nyomtatón, vagy valamilyen más CAM technológiával.

 

Kep5

 

A professzionális 3D szkennerek azonban nem olcsó berendezések, így a munkadíja egy-egy szeknnelési munkának is elég magas. Sok esetben gazdaságosabb és gyorsabb megoldás, ha a meglévő alkatrészt megmérve, manuálisan hozzuk létre a CAD modellt egy 3D-s tervezőprogramban, mint péládul a Rhinoceros vagy a Solidworks. Az esetek többségében, egyszerűbb geometriák esetében ez az analóg eljárás is elegendő, amennyiben az alkatrész formája lehetővé teszi a pontos méréseket és a 3D modellezést. Ebben a blogposztban néhány gyakorlati példán keresztül mutatjuk be a méréseken alapuló 3D modellezés és 3D nyomtatás segítségével történő pótalkatrészek előállítását.

 

Kep6

 

Az első példa egy különleges fogaskerék reprodukálása, amelynek során egy nehezen beszerezhető speciális fémből készült fogaskereket kellett volna pótolni. A sárgaréz fogaskerék percekénti húszezres fordulaton pörög, ezért gyakran kell pótolni; fémből hagyományos, szubtraktív eljárásokkal azonban hosszadalmas és drága legyártatni az alkatrészt. Pótalkatrészként sajnos már nem beszerezhető, így a gépet lehetne megmenteni vele, ha valamilyen módon megoldható lenne az alkatrész legyártása. A kapott fémalkatrészről első körben készül egy mérési skicc, a 3 vetületi síkkal és a meghatározó részletek illetve csomópontok kirajzolásával. A rajz bekótázása után egy tolómérő illetve kengyeles mikrométer segítségével a fő dimenziók kerülnek mérésre, majd rögzítésre a mérési skiccen. A 3D modellezés során a Solidworks vagy Rhinoceros szoftverével alap mértani tömör testekből szilárdtestműveletekkel állítjuk elő a végleges modellt; így a mérések megtervezése során gondolnunk kell a csonkolással, vágással, összeolvasztással történő geometriák előállítására is. Miután az összes fontos mérést elvégeztük és rögzítettük a skiccen, elkezdődhet a munka a 3D tervezőszoftverben. Egy ilyen fogaskerék esetében először az alaptestet hozzuk létre egy hengerrel, madj ebből vágjuk ki a tengelyének a furatait, illetve az éleknél a vékonyítást. Ezeket újabb testek létrehozásával (hengerek, hasábok), majd az eredeti hengertestből történő kivonással (szilárdtestművelet) érjük el. A fogaskerék fogait megszámolva, azok közül egyet megmodellezve és azt 360 fokos szögben 36 darabból kiosztva megkapjuk az első lapon lévő fogakat. Ezeket a másik oldalra tükrözve, majd 5 fokkal elforgatva megkapjuk a másik oldal fogazását is, melyeket Boolean művelettel az eredeti testhez olvasztunk, hogy az stl exportálás előtt összefüggő, tömör geometriánk legyen, ezzel is minimalizálva a nyomtatásban esetleg jelentkező modellhibákat. A kész modellt stl mesh-ként kiexportálva a Makerbot Desktop szoftverében előkészíthetjük a 3D nyomtatásra, ahogyan azt a FreeDee 3D Akadémia Makerbot Desktop Tutorial oktatóanyagából megismerhetjük. Az említett fogaskereket nagy kopásállóságú PLA alapanyagból gyártottuk le 100 mikronos rétegvastagsággal, 100 % belső kitöltéssel és 1.2 mm kéregvastagsággal, hogy a lehető legnagyobb szilárdsága legyen. Ennek ellenére elképzelhető, hogy az alkatrész műanyagból legártva nem bírná ki a húszezres fordulatszámot, ezért felkészültünk arra is, hogy fémből kell majd megönteni az modellt. Fémöntéshez ideális, ha kiégethető mintát tudunk gyártani az alkatrésznek, így könnyedén megönthető bronzból, srágrarézből vagy akár alumíniumból, akár homoköntésről, preciíziós öntésről vagy viaszveszejtéses eljárásról beszélünk. Ezért kinyomtattuk az alkatrészt natúr (pigment nélküli) PLA-ból is, amely a viaszhoz hasonlóan korom és salak nélkül kiégethető, így ideális öntészeti mintának.

 

Kep7

 

A második példa egy egyszerű alkatrész pótlását mutatja be, amely egy babakocsi létfontosságú darabja, hiszen enélkül nem lehet fel-le hajtani a kocsi fogantyúját. Az alkatrész a rendeltetésszerű használattól elkopott, a polimer elfáradt, és a leggyengébb keresztmetszet helyén el is törött. Sajnos pótalkatrész nem kapható a kocsihoz, így vagy új babakocsi beszerzésére, vagy valamilyen speciális, egyedi gyártású elem beépítésére lenne szükség, amelyek közül egyik sem olcsó megoldás. A törött alkatrészt megvizsgálva a 3D szkenneléssel ellentétben itt is a méréseken alupó 3D modellezés volt az optimális megoldás: körülbelül 1.5-2 óra alatt az eredeti darabot megmérve, meg lehetett tervezni a műanyagdarab CAD modelljét, amelynek segítségével 3D nyomtatással legyártható a törött darabot helyettesítő funkcionális másolat. Az törött alkatrészt itt először megragasztottuk, hogy lehessen rajta mérni a tolómérővel. Szerencsére csupa mértani alaptestből modellezhető a geometria, így nagyjából csak szélességeket, hosszúságokat, mélységet és néhány átmérőt kellett mérni a pontos mérési skicc elkészítéséhez, amely a 3D modellezés alapjául fog szolgálni. Egy pontosan megszerkesztett mérési skicc segítségével már koordinátákkal megrajzolható a modell bármilyen professzionális vagy open-source CAD szoftverrel, akár az OpenSCAD vagy OnShape ingyenes eszközökkel is. Sőt, a TinkerCAD ingyenes eszköze is alkalmas a feladatra, amelynek használatát már néhány, a 3D Tech Az Iskolában pályázatán nyertes otkatási intézmény be is vezetett az oktatásba. Az első prototípus kinyomtatása után, a modellt megvizsgálva még néhány változtatás szükséges volt, az illeszkedés pontossága a kis csapok miatt különösen fontos. Az asztali 3D nyomtatók tizedmilliméteres pontosságát is figyelembe kell venni az illesztéseknél, néhány tized milliméteres ráhagyást célszerű hagyni az összeilleszthetőséghez. A második prototípus a változtatásokkal már megegyezett az eredeti geometriával, így ezt legyártottuk a PLA mellett más, ellenálló műszaki műanyagokból is. A piros változat ABS-ből, míg az áttetsző változat PETG alapanyagból készült Makerbot Replicator asztali 3D nyomtató készülékeken.

 

Kep8

 

Egy másik nagyon hasonló feladat volt, amikor egy falsík mögé épített WC törött nyomólapját kellett pótolni. Itt is a 3D nyomtatás volt az egyetlen szóba jöhető technológia, hiszen a beépített WC gyártója már megszűnt, pótalkatrészt nem lehetett kapni hozzá, az új WC beépítésse új burkolással és szigeteléssel, valamint gipszkarton szereléssel járt volna együtt, akár százezres nagyságrendben. A törött nyomólap itt is megragasztásra került, sőt, a mérésekkel készült 3D modell még utólagos megerősítést is kapott a hozzáadott merevítőbordák által. A néhány óra alatt elkészült alkatrész így már az eredetinál is erősebb, jó eséllyel tovább fog funkcionálni, mint az eredeti, gyári változat.

 

Kep9

 

Kep10

 

Szinte napi rendszerességgel merülnek fel hasonló problémák a legtöbb háztartásban, és biztos csak nagyon keveseknek jut eszébe, hogy a 3D nyomtatás és 3D modellezés, valamint a 3D szkennelés és a reverse engineering megoldást nyújthat a lehetetlennek tűnő feladatokra is. Régen ugyanis még nagyon drága volt a technológia, az FDM eljárással dolgozó 3D nyomtatók azonban mára már elérhetővé váltak mindenki számára, ráadásul a különleges, műszaki PLA alapanyagok rendkívól erős nyomtatásokat tesznek lehetővé, így egyedileg gyárthatunk velük funkcionális, erős darabokat készülékeink alkatrészeinek pótlására. Amennyiben Te is szeretnéd megtanulni, hogyan lehet egyszerű, és ingyenes 3D modellező eszközökkel alkatrészeket rajzolni, majd ezeket hogyan lehet legyártani egy párszázezer forintos asztali 3D nyomtatón, jelentkezz a FreeDee 3D Akadémia 3D nyomtatás, 3D szkennelés és 3D modellezés alapképzéseire, hogy Te is bármire képes lehess!

 

 

Kep11