Промышленные применения AT & 3D решений для профессионалов

Основные термины

3D-принтер (3D printer): Установка для 3D-печати 

аддитивное производство; АП (аддитивный технологический процесс) (additive manufacturing): Процесс изготовления деталей, который основан на создании физического объекта по электронной геометрической модели путем добавления материала, как правило, слой за слоем, в отличие от вычитающего (субтрактивного) производства (механической обработки) и традиционного формообразующего производства (литья, штамповки).

система АП (аддитивная система) (additive manufacturing system): Установка АП и вспомогательное оборудование, используемое для АП.

установка АП (аддитивная установка) (AM machine): Часть системы АП, необходимая для выполнения цикла построения деталей, включающая аппаратную часть, программное обеспечение для настройки и контроля установки, а также периферийные приспособления, используемые для обслуживания установки.

пользователь установки АП (AM machine user): Оператор или организация, использующие установку АП.

пользователь системы АП (пользователь аддитивной системы) (AM system user): Оператор или организация, использующие аддитивную систему или любую часть аддитивной системы.

фронтальная сторона установки (front of a machine): Сторона установки, перед которой должен стоять оператор, чтобы получить доступ к пользовательскому интерфейсу установки и/или главному смотровому окну.

Примечание - Если иное не указано производителем установки.

питатель (material supplier): Источник материала/сырья для переработки в системе АП.

Примечание - В настоящем стандарте под термином "материал" подразумеваются сырье, полуфабрикаты, применяемые для переработки в системе АП.

многошаговый процесс (многоэтапный процесс) (multi-step process): Тип процесса АП, в котором детали изготавливают за две или более операции, при этом на 1-й стадии, как правило, обеспечивается получение заданной геометрической формы, а на последующих за счёт консолидации детали формируются основные требуемые свойства используемого материала (металл, керамика, полимер, композит и др.).

Примечание - Удаление структур поддержек и операция очистки могут быть необходимы, однако в данном контексте не рассматриваются как отдельный процесс.

одношаговый процесс (одноэтапный процесс) (single-step process): Тип процесса АП, в котором детали изготавливают за одну операцию, при этом основная геометрическая форма и свойства материала достигаются одновременно.

Технология. Общие положения

трёхмерная печать (3D-печать) (3D printing): Производство объектов путём послойного нанесения материала печатающей головкой, соплом или с использованием иной технологии печати.

рабочая камера (build chamber): Замкнутый объем внутри системы АП , в котором происходит изготовление деталей.

цикл построения (build cycle): Единичный цикл процесса, в котором один или более компонентов изготавливаются в рабочей камере системы АП.

пространство построения (build envelope): Наибольшие внешние измерения по осям х, у и z в пределах области построения, в которой детали могут быть изготовлены.

Примечание - Размеры области построения могут быть больше размеров пространства построения.

платформа построения (build platform): База, являющаяся опорной поверхностью, с которой начинается изготовление детали(-ей).

Примечание - В некоторых системах детали строятся прикреплёнными к строительной платформе либо непосредственно, либо через структуры поддержек. В других системах прикрепление к строительной платформе необязательно.

область построения (build space): Место, где возможно изготовление детали, как правило, на платформе построения в пределах рабочей камеры.

поверхность построения (build surface): Область, где происходит нанесение материала, как правило, на последнем слое, который становится основанием для формирования следующего слоя.

Примечания

1 Для 1-го слоя поверхностью построения часто является платформа построения.

2 В случае процесса прямого подвода энергии и материала поверхностью построения может быть существующая деталь, на которую наносят материал.

3 Если направление нанесения материала является переменной величиной, поверхность построения может определяться по отношению к поверхности конструкции.

строительный объем (build volume): Общий полезный объем, доступный в установке для изготовления деталей.

зона подачи (бункер подачи) [в синтезе на подложке] (feed region): Место(а) в установке, где хранится сырье, из которого часть сырья (слой порошка) доставляется на подложку в течение цикла построения.

слой [вещества] (layer): Материал, предварительно нанесённый для создания поверхности.

система координат установки (machine coordinate system): Трёхмерная система координат, определяемая фиксированной точкой на платформе построения с тремя главными осями, обозначенными х, у, z, с направлениями вращения вокруг каждой из этих осей, обозначенными А, В, и С соответственно, где углы между х, у и z - декартовы (система может быть определена изготовителем установки).

Примечание - Система координат установки зафиксирована по отношению к установке, в отличие от координатных систем, связанных с поверхностью конструкции, которая может быть перенесена или повёрнута.

производственная партия (manufacturing lot): Набор деталей, изготовленных из одного сырья, из одной серии деталей, с использованием системы АП и постобработки (при необходимости), по единому производственному техническому заданию.

Примечание - Система АП может включать в себя одну или несколько установок АП и/либо установок постобработки по согласованию между поставщиком АП и потребителем.

начало координат [нулевая точка (0, 0, 0)] (origin, zero point): Заданная точка начала координат, в которой три основных оси в системе координат пересекаются.

Примечания

1 Применяется в трёхмерной системе координат при использовании х, у и z координат.

2 Система координат может быть декартовой или определяться производителем установки.

3 Нулевую точку изначально определяет производитель установки.

нулевая точка построения (build origin): Нулевая точка, наиболее часто находящаяся в центре платформы построения и определяющая лицевую поверхность построения. Нулевая точка построения может быть определена настройками.

нулевое положение рабочих частей установки (machine origin, machine home, machine zero point): Исходное положение рабочих частей установки.

зона излишков [в синтезе на подложке] (overflow region): Место(а), расположенное(ые) в установке, в которое(ые) попадает и в котором(ых) хранится избыток порошка во время цикла построения.

Примечание - Для некоторых типов установок зона излишков может состоять из одной или нескольких специализированных камер или систем рециркуляции порошка.

положение детали (part location): Место детали в строительном объёме.

Примечание - Положение детали, как правило, определяется координатами х, у и z положения геометрического центра ограничительного блока по отношению к строительному объёму и началу координат .

технологические параметры (process parameters): Набор рабочих параметров и системных настроек, используемых во время цикла построения.

серия деталей (production run): Все детали, произведённые в одном цикле построения или нескольких последовательных циклах построения с использованием сырья из одной партии и одинаковых условий технологического процесса.

настройки системы (system set-up): Конфигурация системы АП для проведения построения.

ось х установки (x-axis): Ось в системе координат установки, которая проходит параллельно передней стороне установки и перпендикулярно к оси у и оси z.

Примечания

1 Положительное направление оси х - направление слева направо, если смотреть со стороны фронтальной части установки, при направлении к строительному объёму от начала координат.

2 Обычно ось х горизонтальна и параллельна одному из краёв платформы построения.

3 Если иное не указано производителем установки.

ось у установки (y-axis): Ось в системе координат установки, которая перпендикулярна оси z и оси х.

Примечания

1 Положительное направление оси у определяется по правилу правой системы координат. Чаще всего, в случае положительного направления по оси z вверх, положительное направление по оси у будет направлено от фронтальной к задней стороне установки, если смотреть с фронтальной части установки.

2 В случае положительного направления оси z вниз, положительное направление по оси у будет направлено от задней части установки к фронтальной, если смотреть с фронтальной части установки.

3 Как правило, ось у горизонтальна и параллельна с одним из краёв строительной платформы.

4 Если иное не указано производителем установки.

ось z установки (z-axis): Ось в системе координат установки, которая перпендикулярна оси х и оси у.

Примечания

1 Положительное направление оси z определяют по правилу правой системы координат. Для процессов, использующих послойное нанесение материала в одной плоскости, положительное направление по оси z будет определено как нормаль к слоям.

2 Для процессов, использующих послойное нанесение материала в одной плоскости, положительное направление по оси z - это направление от 1-го слоя к последующим слоям.

3 Когда нанесение материала возможно с различных направлений [например, как в процессе прямого подвода энергии и материала] ось z может быть определена относительно поверхности детали.

4 Если иное не указано производителем установки.

Технология. Данные

3D-сканирование (3D-оцифровка) (3D scanning, 3D digitizing): Способ получения данных о форме и размерах объекта в пространственном представлении путём записи х, у и z координат точек поверхности объекта и преобразования набора точек в электронную геометрическую модель при помощи специализированного программного обеспечения.

Примечание - Общепринятые способы по большей части автоматизированы. Они скомбинированы с контактной измерительной головкой оптическим сенсором или другим приспособлением.

формат файлов АП; ФФАП (Additive Manufacturing File Format, AMF): Формат файлов для коммуникационной (для обмена данных) электронной геометрической модели АП, включающей в себя пространственное описание геометрии поверхности, со встроенной поддержкой для цвета, материалов, сеток координат, групп элементов и метаданных.

Примечание - Формат файлов АП может представлять один из множества объектов, указанных (классифицированных) в группе элементов. По аналогии с STL, геометрия поверхности представлена сеткой треугольных элементов, но в ФФАП треугольники могут быть изогнуты. ФФАП может также устанавливать материал и цвет каждого объёма и цвет каждого треугольника в сетке.

ограничительный блок детали (bounding box of a part): Ортогонально направленный кубоид с минимальным периметром, который охватывает максимально удалённые точки поверхности пространственной детали.

Примечание - Если изготавливаемая деталь включает в себя контроль геометрии и дополнительные элементы расширения геометрии (например, места для маркировки, выступы или рельефные буквы), ограничивающий блок может быть установлен с учётом контроля геометрии детали, исключая эти элементы расширения.

произвольно ориентированный ограничительный блок детали (arbitrarily oriented bounding box of a part): Ограничительный блок, который рассчитывается без каких-либо ограничений, оказывающих влияние на его ориентацию.

ограничительный блок установки детали (machine bounding box of a part): Ограничительный блок детали, в котором все поверхности параллельны системе координат установки.

общий ограничительный блок (master bounding box): Ограничительный блок, который включает все детали одного построения.

расширяемый язык разметки (extensible markup language, XML): Стандарт консорциума Всемирной паутины, разработанный для пометки информации, содержащейся в документах, предлагающий средства для предоставления содержимого в одинаково хорошо удобном формате для чтения человеком и компьютерными программами.

Примечание - Благодаря использованию настраиваемого стиля таблиц и схем информация может быть представлена унифицированным способом, позволяющим обмен как информацией (данными), так и форматом (метаданными).

фасет (facet): Трёх- или четырёхсторонний полигон, представляющий собой элемент пространственной полигональной сетки поверхности модели.

Примечание - Фасеты в виде треугольников используются в формате файлов, относящихся к АП: ФФАП и STL; однако в ФФАП разрешается, чтобы фасеты в виде треугольников были искривлены.

геометрический центр (центр ограничительного блока) (geometric center of a bounding box): Локация в арифметическом центре ограничительного блока детали.

Примечание - Центр ограничительного блока может лежать за пределами детали.

IGES (стандарт обмена исходной графической информацией) (initial graphics exchange specification): Нейтральный формат файлов, предназначенный для переноса двух- и трёхмерных данных чертежей между разнородными системами автоматизированного проектирования.

начальная ориентация построения [детали] (initial build orientation of a part): Ориентация детали, в которой она была впервые помещена в строительный объем.

компоновка в АП (nesting): Процесс расположения электронных моделей в строительном объёме таким образом, чтобы их ограничительные блоки, произвольно ориентированные ограничительные блоки или иные перекрывались с целью оптимального использования строительного объёма.

PDES (Product Data Exchange Specification or Product Data Exchange using STEP): Спецификация обмена информации по продукции или обмен информацией по продукции использует STEP.

переориентация детали (part reorientation): Вращение ограничительного блока вокруг геометрического центра) детали относительно начальной ориентации построения.

STEP: Стандарт обмена данными модели изделия.

STL: Формат данных модели, описывающий геометрию поверхности объекта как мозаику из треугольников. Используется для передачи геометрических моделей на установки для изготовления деталей.

модель поверхности (surface model): Математическое или цифровое представление объекта в виде набора плоских и/или искривлённых поверхностей, которое может, но не обязательно должно, представлять собой замкнутый объем.

Технология. Материал

отверждение (curing): Химический процесс, результатом которого является материал с конечными свойствами или другой материал.

сырье (feedstock): Основная масса исходных материалов, используемая в процессе АП.

Примечание - Для процессов АП основными исходными материалами, как правило, являются жидкости, порошки, проволоки, суспензии, волокна, листы и т.д.

синтезирование (fusion): Объединение двух и более частиц материала в одну частицу.

лазерное спекание/сплавление (laser sintering; LS): Процесс синтеза на подложке, выполняемый для производства деталей из порошковых материалов с использованием одного или более лазеров для выборочного спекания или сплавления частиц на поверхности, слой за слоем, в закрытой камере.

Примечания

1 Большинство установок лазерного спекания/сплавления частично или полностью расплавляют обрабатываемые материалы. Термин "спекание" является историческим и неправильным, в противоположность традиционному спеканию металлических порошков при помощи пресс-форм, температуры и/или давления.

2 При температуре, превышающей точку плавления основного компонента порошковой композиции, содержащей тугоплавкую фазу, будет происходить жидкофазное спекание, т.е. термин "спекание" для данных процессов допустим.

порошковый массив с деталью (part cake): Частично агломерированный массив порошка, окружающий изготовленные детали при синтезе на подложке в условиях нагреваемой рабочей камеры.

постобработка (post-processing): Комплекс операций по обработке изделия для придания ему необходимых свойств, входящий в многошаговый процесс.

загрузочная партия порошка (powder batch): Порошок, используемый в качестве сырья, который может являться использованным порошком, первичным порошком или порошковой композицией для АП.

подложка (powder bed, part bed): Область построения в системе АП, в которой сырье наносится и выборочно спекается/сплавляется посредством энергии от внешнего источника или связывается посредством адгезии для изготовления деталей.

порошковая композиция для АП (powder blend): Количество порошка, полученного путём перемешивания порошков из одной или нескольких партий порошка, имеющих одинаковый химический и гранулометрический состав в заданных пределах.

Примечание - Обычным видом порошковой композиции является смесь первичного и использованного порошков. Особые требования к порошковым композициям обычно определяются их применением или договорённостью между поставщиком и потребителем.

партия порошка (powder lot): Количество порошка, произведённого при отслеживаемых, контролируемых условиях, за один цикл порошкового производства.

Примечания

1 Размер партии порошка определяется поставщиком порошка.

2 Большинство систем менеджмента качества, как правило, требует сопроводительную документацию на партию порошка. К такой документации относятся сертификаты соответствия, акты испытаний и т.д.

использованный порошок (used powder): Порошок, который использован в качестве сырья для установки АП как минимум в одном цикле построения.

первичный порошок (virgin powder): Неиспользованный порошок из одной партии порошка.

Приложения

деталь (part): Вид изделия, изготовленного из однородного по наименованию и марке материала (или нескольких таких материалов одновременно), получаемый одношаговым процессом или многошаговым процессом, удовлетворяющий требованиям нормативной и конструкторской документации.

прототип (prototype): Вид изделия, получаемый одношаговым или многошаговым процессом и являющийся опытным образцом или рабочей моделью, который служит для предварительной оценки характеристик, дизайна или свойств изделия.

оснастка для прототипа (prototype tooling): Изложницы, пресс-формы и другие приспособления для применения в прототипировании; иногда под этим термином подразумевается временная оснастка.

Примечание - Этот тип оснастки иногда может быть использован для испытания конструкции оснастки и/или производства детали для потребителя, пока основную оснастку изготавливают. В таком случае под этим термином подразумевается временная оснастка.

быстрое прототипирование (rapid prototyping in additive manufacturing): Применение АП, направленное на снижение времени для производства прототипов.

быстрое инструментальное производство (rapid tooling): Применение АП, направленное на производство инструментов или элементов оснастки с сокращённым сроком изготовления по сравнению с традиционным инструментальным производством.

Примечания

1 Быстрым инструментальным производством оснастка может быть произведена непосредственно АП или опосредованно, путём производства образца (лекала), который, в свою очередь, будет использован для производства оснастки.

2 Помимо АП термин "быстрое инструментальное производство" применяют для инструмента с сокращённым сроком изготовления при использовании в вычитающих технологиях (например, фрезерование).

Свойства

точность АП (accuracy): Степень близости результатов измерений геометрии детали к принятому опорному значению.

заготовка АП (as built): Состояние детали, изготовленной аддитивным процессом, без какой-либо постобработки, кроме, при необходимости, удаления со строительной платформы, удаления структур поддержек и/или неиспользованного сырья.

конечная плотность (fully dense): Плотность синтезированного материала, достигаемая при оптимальных технологических параметрах.

Примечания

1 Производить материал без несплошностей практически невозможно, некоторая микропористость обязательно будет присутствовать.

2 Размеры и допустимое количество несплошностей обычно определяются требованиями к свойствам конечного продукта.

форма, близкая к конечной (near net shape): Геометрическая форма детали , максимально приближенная к конечной требуемой форме, для которой необходима минимальная постобработка для достижения её точности.

пористость (porosity): Наличие в материале детали некоторого количества пор.

Примечание - Пористость может быть определена как объ1мная доля несплошностей в процентах по отношению ко всему объёму детали.

повторяемость АП (repeatability): Прецизионность АП в условиях повторяемости. К условиям повторяемости относятся: один и тот же метод измерений; идентичные объекты измерения; одна и та же лаборатория; один и тот же оператор; одно и то же оборудование и короткий промежуток времени.

3D САПР моделирование (объёмное моделирование)

3D моделирование САПР - процесс, наиболее часто используемый при проектировании для составления цифровой 3D-модели. Отправной точкой может быть образ изделия, который принимает форму и становится все более определённым непосредственно на экране компьютера, или ранее созданный образ объекта в виде эскизов, рисунков и т.д., которые потом просто конвертируются в 3D-данные. Объем изделия может быть описан с помощью двух различных методов или комбинации обоих. Объект состоит либо из элементарных объёмов (форм) (например, прямоугольного параллелепипеда, призмы, цилиндра, конуса, сферы и тороида), которые генерируют реальный объект с помощью последовательности логических операций, или объем, описывающий его окрестности граничных поверхностей и расположение материалов относительно граничных поверхностей.

3D-оцифровка (обратный инжиниринг)

3D-оцифровка - это процесс, при котором геометрия поверхности физического объекта определяется с использованием соответствующего оборудования и программного обеспечения и записанных в цифровую модель точек. Объекты могут быть записаны вручную или использованы готовые модели, которые должны быть скопированы в цифровой форме. Использование 3D-оцифровки особенно эффективно, если модель имеет эмпирически разработанную, свободную поверхность, так как она является трудно воспроизводимой с помощью прямого моделирования в 3D САПР.

Реконструкция поверхности

Реконструкция поверхности является средством обработки данных, полученных с помощью 3D-оцифровки. Начиная с массивов точек, создаются математически описанные кривые и поверхности. Генерируется поверхность объекта с достаточной топологической информацией. Эти данные затем могут храниться отдельно или быть интегрированными в существующую объёмную модель САПР. Реинжиниринг создаёт мост между 3D-оцифровкой и моделированием САПР.

Полигонизация/триангуляция

Это программное обеспечение аддитивного процесса используется для создания объёмной модели на основе фасеточных данных либо из массива точек после 3D-оцифровки или использования объёмной модели после 3D-моделирования САПР. Поверхность объекта представляет собой множество крошечных, плоских граней или полигонов, которые протянуты между точками. Число и размер граней определяют, насколько точно воспроизводится геометрия поверхности. Этот процесс создаёт набор данных в формате STL.

Процесс нарезки

Процесс нарезки является важным этапом предварительной подготовки во всех аддитивных производственных процессах. Он включает в себя нарезку фасетов (объем) модели в несколько последовательных слоев и записи информации, содержащейся в каждом слое. Если нарезанные данные контура больше не соединяются друг с другом в оси Z, то последующее масштабирование больше не возможно. При использовании некоторых технологий этот процесс выполняется автоматически с помощью программного обеспечения, как только необходимые параметры (например, толщина слоя) будут установлены. Другие системы требуют отдельного программного обеспечения для подготовки и хранения этих данных слоя.

Форматы данных

STL

Файл формата STL (тесселяции поверхности языка или стереолитография) зарекомендовал себя как отраслевой стандартный формат для передачи данных в аддитивных технологиях. Это системно-нейтральный формат обмена данными по геометрическим координатам. Граничные поверхности объёмной модели описываются треугольниками (плоские грани) и их нормальными векторами. Наборы STL-файлов могут быть сохранены с помощью ASCII или двоичных представлений, являющихся более удобно читаемым форматом, значительно сокращающим размер файла. Формат STL является непригодным для обмена данными между системами САПР.

VRML (WRL)

Язык VRML (язык моделирования виртуальной реальности), независимый от платформы построения, поддерживает трёхмерный формат изображения и различные сетевые возможности. VRML - это формат данных, который не ограничивается входной точкой или крайними сведениями в виде списков. Формат данных описывает 3D-объекты или сценарии в объектно-ориентированном способе на одном компьютерном языке (обычный текст ASCII или utf-8). Основными компонентами формата языка VRML являются типы узлов и каналы связи. Типы узлов строятся на основных геометрических формах, таких как прямоугольные параллелепипеды, цилиндры, конусы, сферы. Используются также камеры узлов (параллельная перспектива) и группы узлов для реализации иерархических структур, а также прототипы, чтобы расширить существующий ассортимент видов узлов. Совсем недавно формат VRML стал форматом XML, расширяемый 3D, Web3D.

IGES

IGES представляет собой нейтральный формат данных и международный стандарт для обмена CAD-данными между различными САПР. IGES разрабатывался, главным образом, для передачи геометрических данных, относящихся к 2D модели чертежа и 3D-модели поверхности. IGES использует объёмные элементы (прямоугольных параллелепипедов, цилиндров, сфер и т.д.), около 40 дополнительных геометрических элементов (поверхности, кривые, дуги, точки, системы взаимодействия и др.) и более 35 негеометрических элементов (текст, размеры, допуски и т.д.).

VDA-FS

VDA-FS (ассоциации Verband Der ) является стандартным интерфейсом САПР организации "VDA" (Ассоциация немецких автопроизводителей). В первую очередь предназначен для обмена данными по кузовным работам. VDA-FS хорошо подходит для обмена данными произвольных поверхностей, которые были сформированы с помощью поверхностно-ориентированного 3D программного обеспечения. Точки, объёмы точек и векторы также могут быть переданы в данном формате.

STEP

STEP (стандарт обмена данными модели продукта) система нейтрального формата, интерфейс для описания и обмена данными модели продукта между различными CAD-системами. STEP может быть использован для передачи данных о продукте (например, цвета, текст или слой поддержки) помимо геометрических данных (как с DXF или IGES).

Модель данных САПР может быть интегрирована в геометрическое представление (каркасные модели, поверхностные модели объёма и другие модели).

AMF

Производственный формат-добавка AMF - это основанный на XML формат данных. Специально разработан для удовлетворения потребностей производства присадок. Как и с STL, существует мозаичное описание поверхности части (или частей), однако дополнительно данные, такие как материал, фактура, цвет, уже включены.