20. hét - A szimuláció, RP A szimuláció egy másik rendszerrel, amely bizonyos vonatkozásban hasonló az eredetihez, utánozzuk egy rendszer viselkedését, vagyis az eredeti rendszer modelljét kapjuk meg vele. Modelltípusok: 1. Szerkezeti modell Pl.:folyamatábrák, grafikonok.. Gyors elsı benyomást keltenek a tervezés tárgyának megjelenési formájáról, mőködésérıl, gyártási lehetıségeirıl. Gyakran új ötletek forrásaként is felhasználható. 2. Ikonos modellek Pl.: képek, rajzok, makettek, minták, léptékhelyes modellek. Ha a rendszer viselkedését nem lehet matematikai összefüggésekkel leírni, akkor az ikonos modellek vizsgálatához kell folyamodni. 3. Analóg modellek Az analóg modellekben az eredeti valamely tulajdonságát a modell egy másik tulajdonsága reprezentálja. (pl.:hıvezetési folyamat vizsgálható villamos vezetési modellel.) 4. Matematikai modellek a, elsıdleges matematikai modellek: fizikai, kémiai összefüggések. Alapelvek felhasználásával írják le a rendszer, vagy a termék viselkedését. Pl.: egy adott súllyal terhelt rúd lehajlását leíró összefüggés. b, másodlagos (származtatott) matematikai modellek: pl.: két azonos anyagú, de eltérı geometriájú rúd vizsgálata. RP: Rapid Prototyping, avagy gyors prototípus- készítés A gyors prototípus- készítésre és modellezésre szolgáló eljárásokat három nagy csoportba lehet osztani: Számítógépes szimuláció Nagysebességő forgácsolás Anyagépítı eljárások 1.1 Számítógépes szimuláció Az új tervezési stratégiák megkövetelik, hogy a tervezés a kezdetektıl a termék elkészüléséig számítógépen történjen. A számítógépes szimuláció a leggyorsabb és általában a legolcsóbb eljárás, ezért már most is igen széles körben használják a gyártmányfejlesztés során. Az erre szolgáló rendszerekkel a termék legkülönbözıbb fizikai tulajdonságai, funkcionális viselkedése és a gyárthatósága is ellenırizhetık. A leggyakrabban használt rendszerek az alkatrész mechanikai tulajdonságairól szolgáltatnak információkat (szilárdság, teherbírás, deformációk stb.) Itt kiszőrhetık azok a durva tervezési hibák, melyek a valóságban megvalósíthatatlan méretláncot eredményeznek, illetve nem teszik lehetıvé az alkatrészek szerelését. 1.2 Nagysebességő forgácsolás Az eljárással rövid idı alatt elkészíthetık olyan alkatrészek, melyek forgácsolással
(jellemzıen marással) elıállíthatók. Az eljárással egyaránt elıállíthatók kizárólag csak egy geometriai formát megtestesítı alkatrészek, melyek a vizuális megjelenítést szolgálják, vagy formázóminta szerepét tölthetik be, és beépíthetı alkatrészek is. Az elsı csoport valamilyen könnyen forgácsolható anyagból ( PA, PS habok, fa, mőfa ) készül, míg a második csoport a tervezı által elıírt, a megkívánt tulajdonságoknak megfelelı anyagból ( alumínium, acélok, nemesítve vagy edzve is ), szálerısítéső mőanyagok, esetleg kerámiák). Az eljárással tehát alkatrészek, szerszámelemek is rövid idı alatt ( néhány perc- néhány óra ) elıállíthatók. 1.3 Anyagépítı eljárások Az anyagépítı eljárások közös jellemzıje az, hogy az elkészítendı alkatrészt valamilyen határozatlan geometriájú anyagból (folyadék, olvadék, vagy por) vagy egyszerő alakú testekbıl ( huzal, fólia ) építik föl. A gyártás lépései a következık. Az anyagépítı eljárások a kívánt alkatrészt rétegekbıl építik fel, az itt vázolt folyamatnak megfelelıen: Az alkatrész CAD modelljének az elkészítése. Itt csak a 3D modellekkel dolgozó tervezırendszerek jöhetnek szóba, a síkbeli ábrákat készítı egyszerő rajzolóprogramok ( pl.autocad ) nem. A modellt az eljárás jellegének, a technológiai lehetıségeknek megfelelı vastagságú rétegekre bontják. Meghatározzák az egyes rétegeken belül a kontúrokat, valamint azt, hogy a kontúrok melyik oldalán van anyag, és melyiken nincs. Az így elkészített síkidomokra az eljárásnak megfelelı szerszámpályákat generálnak, illetve elkészítik az adott réteg felépítéséhez szükséges maszkot. Elkészítik az elsı réteget. A következı rétegek elkészítése azonos módon történik. 1.3.1 Sztereolitográfia (STL) Az elsı lépésben az asztalt a beállított rétegvastagságnak megfelelı mélységbe süllyesztik az oldatba. Az asztal fölött mozgatott lappal vagy kefével egyenletesen elterítik a folyadékréteget. Ahol a modell adott rétegében anyag van, ott a lézersugárral végigpásztázzák az oldatot, melynek hatására ott megszilárdul. Ahol a folyadékot nem érte a lézersugár ott folyékony marad. 1.3.2 Layer by layer solidification Az eljárás hasonlít a sztereolitográfiához, azzal a különbséggel, hogy az oldat nem lézerfény hanem UV- sugárzás hatására szilárdul meg. A folyamat során elkészítik az egyes rétegeknek megfelelı maszkokat, melyeken keresztül az adott réteget megvilágítják. A maszk készülhet fotografikus úton vagy fóliára történı nyomtatással, illetve elektronikus úton, az írásvetítıkhöz alkalmazható számítógép- projektorokhoz hasonló LCD megjelenítıvel.
1.3.3 3D extrudálás Az elıállítás során szintén rétegekbıl épül fel a darab, de az elızı két módszertıl eltérıen olvadékból. A gép egy 3 vagy 5 tengely mentén mozgatható kismérető extrudert tartalmaz, melyben a betáplált huzal megolvad, és a fúvókán kilépve az adott helyen ismét megszilárdul. A fúvóka megfelelı mozgatásával alakul ki a munkadarab. Az ömledék a fúvókából viszonylag kis sebességgel, folyamatosan lép ki. 1.3.4 Szelektív lézeres szinterelés (SLS ) Ezzel a módszerrel porból készítik el a munkadarabot, rétegenként építkezve. A megfelelı vastagságban elterített port egy lézersugár végigpásztázza azokon a helyeken, ahol a modellben az adott rétegben anyag van. A lézersugár hı hatására a szemcsék részlegesen összeolvadnak, szinterelıdnek.
1.3.5 3D nyomtatás (3DP) A módszer hasonlít a szelektív lézeres szintereléshez, szintén porból dolgozik, de itt a port egy megfelelı pályán mozgatott fúvókából a por felszínére juttatott ragasztó rögzíti. 1.3.6 Laminated Object Manufacturing ( LOM ) Az eljárás fóliát használ kiinduló anyagként. A berendezés egy függılegesesen mozgatható asztalból, egy lézerfény-forrásból és a pásztázást végzı optikai egységbıl áll, valamint a papír továbbítását és összeragasztását végzı egységekbıl. Az elkészítés során elıször a legalsó réteget ragasztják a gép mozgatható asztalára. A fólia, vagy papír egyik oldala hıre érzékeny ragasztóval van bevonva. A fóliát egy főtött hengerrel simítják rá az elızı rétegre, miközben a melegítés hatására odaragad. Ezután a munkadarab adott síkjában levı kontúrvonalakat a lézer a körbevágja, és a hulladékot négyszögekre vágja, a könnyebb eltávolítás végett.