Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Исследование факторов, влияющих на процесс послойного синтеза методом лазерной стереолитографии

Диссертация: Исследование факторов, влияющих на процесс послойного синтеза методом лазерной стереолитографии
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Проведен анализ существующих систем послойного синтеза изделий, рассмотрены их преимущества и недостатки. Обосновано использование технологии послойного синтеза, основанной на процессах фотополимеризации эпоксидных смол Подробно проанализирован процесс послойного синтеза изделий методом лазерной стереолитографии. Исследованы факторы, влияющие на процесс, определена степень влияния каждого… Читать ещё >

Исследование факторов, влияющих на процесс послойного синтеза методом лазерной стереолитографии (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Введение
  • 2. Область использования лазерной стереолитографии
    • 2. 1. Технология послойного синтеза изделий как реализация концепции КИПр
    • 2. 2. Анализ этапа конструкторской подготовки
  • Анализ подготовки математической модели изделия
  • Применяемые САПР
  • Создание STL файла
    • 2. 3. Анализ методов ТПС
  • Общая характеристика
  • Стереолитография
  • Моделирование при помощи склейки
  • Лазерное спекание порошков (Selective Laser Sintering, SLS)
  • Наплавление термопластов (Fused Deposition Modeling, FDM)
  • Отверждение на твердом основании
  • Другие методы ТПС
  • Сопоставительный анализ и выбор метода ТПС
  • Обоснование выбор метода стереолитографии
    • 2. 4. Постановка задачи
  • 3. Анализ факторов, влияющих на процесс лазерной стереолитографии
    • 3. 1. Анализ процесса полимеризации
    • 3. 2. Анализ процесса подготовки модели изделия
    • 3. 3. Определение факторов, влияющих на процесс изготовления
    • 3. 4. Анализ и классификация факторов
  • Анализ объективных факторов
    • 3. 5. Анализ субъективных факторов
    • 3. 6. Обоснование выбора факторов для оптимизации процесса ТПС
      • 3. 6. 1. Объективные факторы
      • 3. 6. 2. Субъективные факторы
      • 3. 6. 3. Определение себестоимости изготовления изделий методом лазерной СЛ
      • 3. 6. 4. Выбор факторов
  • 4. Исследование влияния выбранных факторов
    • 4. 1. Математический анализ исходной модели изделия
    • 4. 2. Исследование влияния мощности луча лазера
    • 4. 3. Исследование влияния толщины слоя
    • 4. 4. Исследование влияния и выбор ориентации модели
    • 4. 5. Полный факторный эксперимент
    • 4. 6. Выводы
  • 5. Научные и практические
  • приложения проведенных исследований
    • 5. 1. Обработка исходных данных
    • 5. 2. Математическая модель производительности изготовления изделий методом стереолитогра фии
    • 5. 3. Рекомендации по выбору параметров процесса лазерной стереолитографии
  • Создание STL-файла
  • Выбор толщины слоя
  • Выбор ориентации изделия
    • 5. 4. Разработка программного обеспечения

В настоящее время для поддержания конкурентоспособности производства требуется до минимума сократить время от разработки изделия до его появления на рынке. Предприятие, раньше других адаптирующееся к ситуации на рынке, чаще обновляющее ассортимент выпускаемой продукции, имеет значительное преимущество перед конкурентами.

Значительно сократить время создания новой продукции позволяет кон-•цепция компактного интеллектуального-производства (КИПр) [8,64] и, как одно из основных средств реализации этой концепции, технология послойного синтеза (ТПС) [9]. В основе этой технологии лежит принцип формирования объекта (изделия)'путем последовательного «наращивания» его сечений. При этом могут использоваться различные физические принципы: фотополимеризация, наплавление, склейка.

Из методов ТПС наиболее широкое применение благодаря своей универсальности получила лазерная стереолитография — формирование изделия путем преобразования жидких мономеров в твердые полимеры под действием луча лазера. Лазерная стереолитография позволяет с высокой точностью (50мкм) воспроизвести изделие по его математической модели. Изделия легко поддаются последующей обработке, что позволяет применять их в качестве мастер-моделей для изготовления высокоточной оснастки.

Наряду с достоинствами, у стереолитографии есть и недостатки, главный из которых — высокая себестоимость получаемых моделей, что в некоторых случаях ограничивает область их применения. Высокая стоимость моделей обусловлена, прежде всего, применением в качестве источников излучения дорогостоящих лазеров. В связи с этим основной путь к уменьшению стоимости изделий — повышение производительности оборудования. •Производительность оборудования во многом определяется его настройками, параметрами работы, которые задаются для каждой изготавливаемой детали. При задании технологических параметров процесса необходимо учитывать множество факторов, влияющих на процесс изготовления изделия.

Целью данной диссертационной работы является исследование факторов, влияющих на процесс послойного синтеза изделий методом лазерной стереоли-тографии, увеличение его производительности и автоматизации процесса технологической подготовки производства, что позволит снизить себестоимость изделий без потери качества. Для достижения указанной цели необходимо провести анализ влияющих на процесс ТПС факторов, дать их классификацию, разработать научные основы оптимизации процессов послойного синтеза изделий.

6 Заключение.

1. Определены цели и задачи диссертационной работы, состоящие в решении проблем снижения себестоимости процесса послойного синтеза изделий методом лазерной стереолитографии за счет увеличения производительности оборудования, определения условий ускорения процессов, сказывающихся на точности прототипирования.

2. Проведен анализ существующих систем послойного синтеза изделий, рассмотрены их преимущества и недостатки. Обосновано использование технологии послойного синтеза, основанной на процессах фотополимеризации эпоксидных смол Подробно проанализирован процесс послойного синтеза изделий методом лазерной стереолитографии. Исследованы факторы, влияющие на процесс, определена степень влияния каждого на скорость и точность изготовления изделий. Поставлена задача классификации факторов и оценки их влияния на себестоимость процесса изготовления изделий.

3. Проведена классификация факторов, влияющих на процесс послойного синтеза изделий методом лазерной стереолитографии, на объективные (факторы оборудования) и субъективные (факторы технологической подготовки производства). Показано, что снижение себестоимости возможно путем увеличения производительности процесса и повышения качества получаемых прототипов. Оценено влияние мощности лазера на производительность процесса, исследовано влияние толщины слоя и ориентации изделия на производительность процесса и качество получаемых изделий. Определено, что основное влияние на время и себестоимость изготовления изделий методом лазерной стереолитографии оказывают мощность луча лазера и ориентация модели в рабочей зоне. Предложены принципы выбора оптимальной ориентации воспроизводимого объекта по критериям производительности процесса и точности воспроизведения конфигурации объекта прототи-пирования.

4. Проведены экспериментальные исследования влияния толщины слоя на скорость процесса лазерной стереолитографии, проведен полный факторный эксперимент по оценке степени влияния факторов на производительность оборудования лазерной стереолитографии. Полученные результаты подтвердили сделанные выводы.

5. Разработаны алгоритмы анализа геометрии модели с целью оценки • времени изготовления моделей применительно • к процессу лазерной стереолитографии. Разработан математический аппарат оценки качества (точности воспроизведения формообразующих поверхностей) получаемых изделий. Это позволяет формализовать целевую функцию и автоматизировать процесс технологической подготовки производства изделий методом лазерной стереолитографии.

6. Разработаны алгоритмы и на их основе создано программное обеспечение для автоматизации технологической подготовки производства для установок лазерной стереолитографии, что позволяет до 30% сократить себестоимость получаемых изделий.

7. Выработаны практические рекомендации по оптимизации использования оборудования, реализующего методы послойного синтеза. Их использование позволяет более эффективно использовать ресурс оборудования, более оптимально с точки зрения качества изделий и производительности оборудования выбирать параметры технологического процесса.

Полученные в работе результаты внедрены и используются в работе ОАО «НИИТавтопром», ООО «Инженерная фирма АБ Универсал», Ресурсного центра МАИ в области авиастроения (РЦ МАИ).

Показать весь текст

Список литературы

  1. Ю.Д. Организация и эффективность научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. М.: Экономика, 1974. — 237 с.
  2. В.Ф., Леонов Б. Н., Лобанов A.B. Абразивная обработка конструкционных материалов. Учеб. пособие Рыбинск: РГАТА, 1998. — 72 с.
  3. В.Ф., Федосеев Д. С., Сафронов A.B. Изготовление деталей машин методом прототипирования: Учебное пособие. Рыбинск: РГАТА им. П. А. Соловьёва, 2011. — 94 с.
  4. C.B. Исследование и разработка методов использования технологий быстрого прототипирования в приборостроении: Автореферат диссертации. кандидата технических наук: 05.11.14. Санкт-Петербург, 2005.-20 с/
  5. В. С. «Формообразующая оснастка из полимерных материалов» М.: Машиностроение, 1979. 178 с.
  6. В.П., Бочков А. Л., Сергеев A.A. ЗГ)-моделирование в AutoCAD, Компас-ЗБ, S olid Works, Inventor, T-Flex: учебный курс. — Москва и др.: Питер, 2011. 328, [3] с.
  7. В.И.Горюшкин, В. К. Исаев, О. С. Мурков, О. С. Сироткин, С. В. Скородумов, В. В. Хорощев, А. Г. Василевский. Способ изготовления изделий. Изобретение. Заявка № 4 368 279/32−05/17 266. Пол. решение от 20.10.1988 г.
  8. Ф.В. Зачем нужна технология быстрого прототипирования // Литейное производство, «2004. № 4
  9. Ф.В. Факторы, влияющие на процесс послойного синтеза методом лазерной стереолитографии. // Труды IX Международного научнотехнического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», г. Алушта, 2000
  10. Васильев- Ф. В. Анализ геометрии модели для процесса лазерной сте— реолитографии. // Труды IX Международного научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации». г. Алушта, 2000
  11. Ф.В. Толщина слоя как параметр процесса лазерной сте-реолитографии. // Литейное производство, 1999. № 7
  12. Ф.В. Влияние технологических факторов на производительность процесса лазерной стереолитографии. // VI Международная научно-техническая конференция «Лазеры в науке, технике, медицине», г. Суздаль. М., 1995
  13. Ф.В., Чеканов В. М. Время изготовления моделей методом лазерной стереолитографии. // Труды IX Международного научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», г. Алушта, 2000
  14. Ф.В., Скородумов С. В. Автоматизация технологической подготовки производства для лазерной стереолитографии. // VII Международная научно-техническая конференция «Лазеры в науке, технике, медицине», г. Сергиев По-сад. М., 1996
  15. Ф.В. Выбор ориентации изделия в процессах послойного синтеза. // Труды XVI Международного научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации». Г/Алушта, 2007
  16. Ф.В. Автоматизация процесса подготовки моделей для быстрого прототипирования. // Литейное производство, 2004. № 4
  17. Вейко’В.П., Яковлев Е. Б. и др. Пятилетний опыт эксплуатации первой отечественной ЬОМ-установки «Карат-200» в промышленности. Конференция по лазерным и лазерно-иформационным технологиям. Суздаль, 2001 с. 93
  18. С.А., Тимофеев M.B. Системы автоматизированного проектирования в машиностроении: учебное пособие. Рыбинск: РГАТА им. П. А. Соловьева, 2009. — 220 с.
  19. А.Н., Скородумов С. В. Моделирование технологических процессов с помощью ЭВМ: Учеб. пособие. М.: МАИ, 1982. — 43 с.
  20. H.A., Кедров А. Ю., Соловьев Н. Г. и др. Установка для лазерного трехмерного синтеза методом послойной склейки. // Конференция по лазерным и лазерно-иформационным технологиям. Суздаль, 2001 с.90
  21. Горелов*В.Н., Кокорев И. А. Построение чертежей и Зс1-моделей в системе КОМПАС-Зс1: учебное пособие. Самара: Самарский гос. технический ун-т, 2011.-109 с.
  22. В.И. Основы производства деталей машин и приборов. Мн.: Наука и техника, 1984. — 222 с.
  23. В.Ф., Дерюжкова Н. Е. Автоматизация технологических процессов: Учебное пособие. Комсомольск-на-Амуре: КНАГТУ, 2011. — 165, 1.с.
  24. ГОСТ 15 467–79. Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения. -М.: Изд-во стандартов, 1983. Т. 3, с. 87.
  25. ГОСТ 2.116−71. ЕСКД. Карта технического уровня и качество продукции. -М.: Изд-во стандартов, 1983. Т: 3, с. 110.
  26. П. Ремесло программиста : практика написания хорошего кода. -Санкт-Петербург- Москва: Символ, 2009. 698 с.
  27. М.А. Эффективная организация процесса «Исследование производство». — М.: Экономика, 1978. — 120 с.| Л1 I III 111Ш11. Ii «KS11 (i t I1. I¦1.I mm1. i I
  28. Л.И., Соколова Т. Н. Учет и анализ целевой себестоимости монография. Воронеж: Изд.-полиграфический центр Воронежского гос. унта, 2010. — 118 с.
  29. Г. Н., Передереева С. И. Фотополимеризующийся материал на эпоксидной основе для стереолитографии. // Журнал научной и прикладной фотографии, 1999, 44 (6), 11−16
  30. И. А. Сложные поверхности. JI.: Машиностроение 1985. -168 с.
  31. В.М. Развитие системы планирования и оптимизация себестоимости продукции на предприятиях машиностроения в условиях рынка: автореферат дис.. кандидата экономических наук: 08.00.05. Санкт-Петербург, 2010. — 17 с.
  32. A.B., Камаев С. В., Коцюба Е. В. и др. Изготовление физических моделей методом стереолитографии. // Автоматизация проектирования, 1999, № 2
  33. А.П. Технология литейной формы. М.: Машиностроение, 1979. 240 е., ил.
  34. A.A. Разработка олигоэфиракрилатных композиций лазерного отверждения для стереолитографии : Автореферат диссертации. кандидата технических наук: 02.00.16. Казань, 1996.
  35. К.Е., Майсюк Д. М., Сыртланов В. Р. Оценка качества 3d моделей. Москва: Маска, 2008. — 270 с.
  36. А.П. Основы прогрессивной технологии и рациональные методы обработки деталей авиационных двигателей. М.: Машиностроение. 1975- — 374 с.
  37. A.A. Автоматизация технологических процессов и производств: Учебное пособие Москва: Форум, 20П. — 223 с.
  38. В.П., Батраков A.C. Трехмерная компьютерная графика. — М.: Радио и связь, 1995
  39. О.JI. Автоматизация методов контроля качества деталей малого профиля. Санкт-Петербург: БГТУ, 2011. — 139, 1. с.
  40. Композиционные материалы: В 8-ми томах. / Пер. с англ. под ред. Л. Браутмана, Р. Крока. М.: Машиностроение, 1978, Т. 3. Применение композиционных материалов в технике. / Под ред. Б. Нотона, 1978. — 511 с.
  41. И.И. Методы геометрического моделирования и виртуального прототипирования. Перспективные технологии монография. Москва: ФГОУВПО «РГУТиС», 2010. — 202 с.
  42. В. Н. Технологическая подготовка авиационного производства. -М.: Машиностроение 1984. 200 с.
  43. Ли К., Основы САПР (CAD/CAM/CAE), С.-Пб.: Питер, 2004
  44. Литье по выплавляемым моделям / Под редакцией Я. И. Шкленника и В. А. Озерова. М., Машиностроение, 1971. 436 с.
  45. И.Е., Шиганов И. Н. Основы послойного синтеза трехмерных объектов методом лазерной стереолитографии: Учебное пособие. Москва: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. — 39 с.
  46. H.H. Программирование для Windows на C/C++: Учеб. пособие. -М.: Бином, 2004.
  47. В.В. Исследование и разработка технологических режимов изготовления отливок по выжигаемым моделям, полученных методом лазерной стереолитографии: Автореферат диссертации. кандидата технических наук: 05.16.04. Москва, 2005.
  48. В.Я.- Якунин В.П.- Евсеев A.B.- Марков М. А. Способ отверждения фотополимеризующейся композиции на основе акрилового олигомера путем инициирования полимеризации в установках радиационного отверждения покрытий. Патент РФ 2 148 060.
  49. Программирование алгоритмов обработки данных: Учебное пособие. -СПб.: БХВ-Петербург, 2003. 188 с. 1.III I
  50. Рассказова-Николаева С.А. Директ-костинг: правдивая себестоимость. Изд. 2-е, доп. и перераб. Москва: Кн. мир, 2009. — 254 с.
  51. М.С., Мирер Я. Г. Влияние технологических факторов на надежность лопаток газовых турбин. М.: Машиностроение, 1966. 223 с.
  52. Рихтер Д. Windows для профессионалов Программирование для Windows NT 4 и Windows 95 на базе Win 32 API: Пер. с англ. М.: Изд. отд. «Рус. редакция» ТОО «Channel Trading», 1997. — 679 с.
  53. С.Б. Автоматизация проектирования и производства с использованием технологий быстрого прототипирования // «Авиационная промышленность» № 10 с. 90−93. 2000 г.
  54. С.Б. Уровень дизайна весомый аргумент на рынке бытовой техники // Информационный журнал-справочник — 1998 № 8(17) — с. 62.
  55. Рыцев С. Б,.Витоль Л. Я Создание специализированного производства формообразующих деталей со сложнофасонными поверхностями для КИПр // Информационные технологии в проектировании и производстве 1999. № I с. 62
  56. С.Б., Кувшинов В. В., Филиппов Е. И. Компактное интеллектуальное производство деталей на базе скоростной технологии контурного послойного синтеза. // Информационные технологии в проектировании и производстве, 2003, № 3.
  57. Т., Тимофеев В. Программирование для Windows в Borland С++. -М.: Бином, 1995.-479 с.
  58. А.Г., Терегеря В. В. Метрология, стандартизация и сертификация учебник для студентов высших учебных заведений Москва: Юрайт, 2011. — 820 с. 1.i •
  59. П.П. Краткий справочник технолога-машиностроителя. -Санкт-Петербург: Политехника, 2007. 951 с.
  60. В.Ю., Юрасов A.M., Кузнецов Ю. И. Производственные издержки, себестоимость и ценообразование в системе факторов конкурентоспособности предприятия: учебное пособие. Пенза: Ш НУ им. В. Г. Белинского, 2009. — 19 с.
  61. Скородумов. Создание и развитие систем КИПр. // Литейное производство, № 7, 1999, с. 28−33
  62. C.B., Шведова В. В. Среднесрочный прогноз развития технологий быстрого прототипирования. // Изобретатели машиностроению, № 1, 1999
  63. C.B. Создание и развитие систем КИПр / Литейное производство № 7. 1999. с. 28−30
  64. А.П. 'Системы программирования: теория, методы, алгоритмы: учеб. пособие -М.: Финансы и статистика, 2004. 319, 1. с.
  65. Е.Е. Технологические методы создания формообразующей оснастки на основе лазерной стереолитографии для деталей приборов широкого назначения: Диссертация. кандидата технических наук: 05.11.14. Москва, 2004.-205с
  66. . Программирование. Принципы и практика использования С++. Москва и др.: Вильяме, 2011. — 1238 с.
  67. Строение и свойства авиационных материалов: / Под ред. А. Ф. Белова, В. В. Николенко. -М.: Металлургия, 1989. 368 с.
  68. А .Г., Скворцов A.B. Технологические процессы автоматизированного производства: учебник Москва: Академия, 2011.-398, 1.с.
  69. Технология производства летательных аппаратов. В. Г. Кононенко, П. Н. Кучер. Ю. А. Боборыкин и др. М.: Высшая школа, 1974. 219 с.
  70. Д. Метрология поверхностей : принципы, промышленные методы и приборы. Долгопрудный: Интеллект, 2009. — 471 с.
  71. Уфимский государственный авиационный технический университет. Автоматизация и управление технологическими и производственными процессами / материалы Всероссийской научно-практической конференции. -Уфа: УГАТУ, 2011. 326 с.
  72. H.H. Технология производства ЭВМ. М.: Высшая школа, 1991. 416с. Учебник для студентов вузов.
  73. Н.В. Конструирование поверхностей спецмашин с помощью 3d-моделирования учебное пособие. Волгоград: ВолгГТУ, 2011. — 39, 1. с.
  74. Е.Э., Корниевич М. А. Автоматизация производственных процессов в машиностроении: учебное пособие М.: ИНФРА, 2011 — 263 с.
  75. К.Г. Прикладное программирование для Windows на Borland С ++. Обнинск: Принтер, 1999. — 287 с.
  76. К. Лецкий Э. Шефер В. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. М.: Мир, 1977. 552с.
  77. С.А. Автоматизация подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ в условиях информационно технологической среды : автореферат дис. кандидата технических наук: 05.13.06. — Москва, 2011. — 23 с.
  78. Г. С. Структурные классификации технологического процесса. -Вестник машиностроения, 1990, N2, с. 46−51.
  79. И.В. Лазерный синтез функционально-градиентных мезо-структур и объемных изделий. М. Физматлит, 2009
  80. Amon, С., Beuth, J., Kirchner, Н., Merz, R., Prinz, F., Schmaltz, К., Weiss, L., «Material Issues in Layered Forming», Proceedings of the Solid Freeform Fabrication Symposium, The University of Texas at Austin, Texas, August 9−11, 1993, pp. 1−10.
  81. Carl Deckard. Multiple material systems for selective beam sintering. US Patent 4 944 817. 1989
  82. Charles W. Hull. Method for production of three-dimentional objects by stereo-lithography. US Patent 4 929 402. 1990.
  83. Dickens, P.M., Pridham, M.S., Cobb, R.C., Gibson, I., Dixon, G., «Rapid Prototyping using 3-D Welding», Proceedings of the Solid Freeform Fabrication Symposium, The University of Texas at Austin, Texas, August 3−5, 1992, pp. 280−290.
  84. Guangshen Xu, Wanhua Zhao, Yiping Tang and Bingheng Lu. Development of a high-resolution rapid prototyping system for small size objects. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. Volume 31, Numbers 9−10, 941 947
  85. Jack Zhou, Dan Herscovici, Calvin Chen. Parametric Process Optimization to Improve the Accuracy of Rapid Prototyped Stereolithography Parts. International Journal of Machine Tools and Manufacture, No.40, 1−17,1999
  86. K.Renap, J.P.Kruth. Recoating issues in stereolithography. Rapid Prototyping Journal, 1995, Vol. 1 Iss: 3, pp.4 16
  87. Kochan D. Solid Freeform Manufacturing Advanced Rapid Prototyping. Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, London, New York, Tokyo 1993
  88. Merz, R., «Shape Deposition Manufacturing», Dissertation, Department of Electrical Engineering, Technical University of Vienna, May 1994
  89. Michael Feygin. Apparatus and method for forming an integral object from laminations. US Patent 4 752 352. 1988
  90. Michael Fey gin. Apparatus and method for forming an integral object from laminations. US Patent 5 354 414. 1994
  91. Pak S. Laminated Object Manufacturing. // Medical Device & Diagnostics Industry, 1994
  92. Paul F. Jacobs. Rapid Prototyping & Manufacturing. Fundamentals of Stereo-Lithography. // Society of Manufacturing Engineers. Dearborn, MI 48 121−0930.
  93. Paul F. Jacobs. StereoLithography and other RP&M Technologies from Rapid Prototyping to Rapid Tooling. // Society of Manufacturing Engineers. Dearborn, MI 49 121.
  94. Rapid Prototyping Report, January 1995, Volume 4, Number 1, CAD/CAM Publishing Inc., San Diego, CA.
  95. Sachs E., Cima, M., Cornie J., (1990) «Three Dimensional Printing: Rapid Tooling and Prototypes Directly from CAD Representation» Proc. Solid Freeform Fabrication Symposium, The University of Texas at Austin, Aug. 6−8, 27−33.
  96. Scott Crump. Apparatus and method for creating three-dimensional objects. US Patent 5 121 329. 1992
  97. The 3D Systems, Inc. Stereolithography Interface Specification. October, 1989.
  98. The review of techniques of the Rapid Prototyping & Manufacturing/The publications of an exhibition «EuroMold'95» in Germany (Frankfurt).ттйлшшш вишиmi liiiiii I ii ¦¦—
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!