Визуализация (визуальное прототипирование)

Планирование функционального прототипирования методами 3D-печати в промышленном дизайне и архитектурном моделировании.

Вплотную к визуализации «для фокус-группы» подходят задачи архитектурного моделирования для презентаций проектов новых зданий перед утверждением проекта и/или целых микрорайонов перед принятием плана застройки. Как показывает практика, полноцветный принтер не требуется, так как большую часть оформления и монтажа выполняют отдельно. Важна точность передачи рельефа местности, что практически невозможно без аддитивного построения. Отрадно отметить, что Россия не отстаёт в этом вопросе — ряд крупных застройщиков и архитектурных управлений уже активно используют 3D-печать.

02| Модель здания, спроектированного на местности со сложным рельефом, выполненная на 3D-принтере BigRep

«Масштабные модели для архитекторов критичны. Традиционные методы дорого стоят, требуют нескольких месяцев, а возникающие ошибки только затягивают процесс»

Марко Матти Кристофри, конструктор изделий, BigRep GmbH

Геометрическое прототипирование

Задача, успешно решаемая с помощью аддитивного построения с самого его изобретения — имитация формы и геометрии будущего объекта. Цели могут быть разные — от «проверки на собираемость», до эргономических испытаний мебели. Главное — точность передачи размеров и формы и, разумеется, возможность изготовления прототипа в натуральную величину. Большой прототип возможно собрать, склеить из частей-кусков и т.п. Но это приводит к потере гарантии точности размеров, что в данном применении 3D-печати крайне нежелательно. Если будущее изделие будет собираться из составных частей, то именно из таких частей по размерам и формам должен быть напечатан прототип для проверки на собираемость.

Максимальную точность воспроизведения геометрических размеров обеспечивает технология стереолитографии, потому что не связана с термоусадкой материала или нанесением. Профессиональные принтеры технологии SLA, например UnionTech, созданы для точного геометрического прототипирования. При этом прочность и долговечность готовых деталей не играет определяющую роль — достаточно один раз собрать деталь для утверждения ее проекта.

03| Сложный корпус с посадочными местами отпечатан на оборудовании UnionTech

Эргономические испытания проводятся для натурных испытаний потребительских изделий, мебели, ручных приборов и инструмента. В этом случае очень важно иметь возможность печати прототипов в натуральную величину. Например, компания BigRep активно сотрудничала с оператором немецких железных дорог Deutsche Bahn в проекте разработки новых современных сидений для скоростных пассажирских поездов. Было отпечатано несколько подголовников различной формы для выбора наиболее эргономичного, но при этом в футуристическом дизайне общего стиля оформления интерьера вагонов.

04| Проект разработки новых современных сидений для скоростных пассажирских поездов Deutsche Bahn

Печать полнофунуциональных прототипов

Такой вид прототипирования — самый сложный. Важно повторить не просто точную форму или внешний вид будущей детали, обеспечить напечатанный объект функциональными свойствами будущей детали или изделия. Особенно это важно для будущих прототипов, которые сложно и трудоёмко изготовить в единичном экземпляре традиционными производственными технологиями. Для данного вида аддитивного построения не страшна высокая себестоимость одного построения, так как это с лихвой окупится исключением ошибок при серийном производстве. И, как ни удивительно, для этих целей подходит не только SLM печать металлическими порошками или наплавка, но и FDM печать высокотемпературными материалами. Пример — создание прототипа коллектора системы охлаждения двигателя пожарной машины из высокотемпературного пластика PEEK для стендовых испытаний.

05| Создание трехмерной модели коллектора пожарной машины в натуральную величину с использованием 3D-принтера

Проект: Создание трёхмерной модели коллектора пожарной машины в натуральную величину с использованием 3D-принтера.

Цель: Проверка прототипа в масштабе 1:1 — технология 3D-печати позволяет проводить физическую проверку каждой новой идеи проекта на виртуальной модели.

Компания: Bocar — производитель пожарных машин с оригинальной ходовой частью, ежегодно выпускает более 100 автомобилей.

Важно, что многие технологии аддитивного построения, которые способны использовать инженерные материалы, могут быть использованы для испытаний функциональных прототипов: FDM, MJP, SLS, SLM и другие.

Наиболее важные факторы, учитываемые при планировании функционального прототипирования методами 3D-печати:

1. Точность аддитивного построения — полученная деталь или изделие должна укладываться в нормы допусков по размерам будущего серийного производства.
2. Характеристики материала построения — применённый инженерный материал должен по прочностным характеристикам не уступать, а в некоторых случаях превосходить материал, запланированный при серийном производстве.
3. Вес полученной детали должен соответствовать поставленной задаче прототипирования — деталь может быть легче или равной по весу будущему серийному изделию.
4. В некоторых случаях следует учитывать и дополнительные характеристики, такие как прозрачность (светопроводимость), электроизоляционные свойства и т.п.

Вследствие перечисленных выше факторов чаще всего для функционального прототипирования металлических деталей применяется технология SLM (селективное сплавление металлического порошка). Как позволяющая максимально приблизить прототип по свойствам к готовому изделию, а для прототипирования пластиковых деталей — технология SLS (селективное лазерное спекание).

Рекомендуемое оборудование:

Uniontech

BigRep