docW15: Projektowanie obudów i podstawy druku 3D
download 
Reklamacja Transkrypt
W15: Projektowanie obudów i podstawy druku 3D
Podstawowe zasady doboru i projektowania obudów Wykład 15 Techniki mikroprocesorowe Zadania pełnione przez obudowę • Zapewnienie ochrony urządzenia przed uszkodzeniami mechanicznymi • Ochrona użytkownika • Zabezpieczenie przed zakłóceniami • Zapewnienie chłodzenia urządzenia • Zapewnienie ergonomii użytkowania • Zapewnienie estetycznego wyglądu 2 Techniki mikroprocesorowe Zapewnienie ochrony urządzenia przed uszkodzeniami mechanicznymi • Obudowa stanowi ramę montażową dla elementów urządzenia • Chroni urządzenie przed dostępem czynników takich jak wilgoć i zanieczyszczenia • Zapewnia całkowitą lub częściową ochronę na czynniki mechaniczne przewidziane przez projektanta 3 Techniki mikroprocesorowe Zapewnienie ochrony urządzenia przed uszkodzeniami mechanicznymi • Zasady – Obudowa powinna posiadać odpowiednią sztywność i wytrzymałość mechaniczną, dostosowane do warunków, w których urządzenie ma być użytkowane – Materiał, z którego ma być wykonana obudowa powinien charakteryzować się odpowiednią odpornością na wpływy środowiska (odporność mechaniczna, termiczna, odporność na promieniowanie UV, wilgoć itp.) 4 Techniki mikroprocesorowe Zapewnienie ochrony urządzenia przed uszkodzeniami mechanicznymi • Zasady – Montaż elementów urządzenia powinien wykluczać wszelkie ruchy i wyginanie, które nie zostały przewidziane w projekcie. Elementy ruchome powinny posiadać ograniczenia stopnia ruchomości (jeśli ma to sens) – Liczba punktów montażowych elementów powinna być adekwatna do masy elementu i przeciążeń na niego działających 5 Techniki mikroprocesorowe Zabezpieczenie przed zakłóceniami • Obudowa zabezpiecza urządzenie przed zakłóceniami (zakłócenia radiowe, ładunki elektrostatyczne itp.) pochodzącymi z zewnątrz lub z innego bloku urządzenia • Ponadto obudowa chroni otoczenie przed zakłóceniami emitowanymi przez urządzenie 6 Techniki mikroprocesorowe Zabezpieczenie przed zakłóceniami • Zasady – W przypadku potrzeby zapewnienia ochrony przez zakłóceniami ochronę taką może pełnić dobrze zaprojektowana obudowa – Obudowa ekranująca powinna być wykonana z metalu lub wyposażona w ekran z folii aluminiowej lub napylonej warstwy przewodzącej – Ekranowanie powinno mieć zapewnioną szczelność 7 Techniki mikroprocesorowe Ochrona użytkownika • Obudowa stanowi częściową lub całkowitą ochronę użytkownika przed – Wysokimi napięciami – Wysokimi temperaturami – Promieniowaniem elektromagnetycznymi, rentgenowskim itp. – Ruchomymi lub ostrymi częściami mechanicznymi, mogącymi spowodować obrażenia 8 Techniki mikroprocesorowe Ochrona użytkownika • Zasady – Ochrona użytkownika może być zrealizowana przez • Właściwości izolacyjne samej obudowy • Odpowiedni montaż elementów urządzenia, np. stosowanie izolatorów, powłok izolacyjnych, barier mechanicznych (osłon) – Stopień ochrony nie powinien się zmieniać, jeśli nastąpiła zmiana warunków użytkowania w zakresie przewidzianym w projekcie Techniki mikroprocesorowe 9 Zapewnienie chłodzenia • Obudowa zapewnia chłodzenie urządzenia przez – Otwory wentylacyjne – Zapewnienie dobrych warunków cyrkulacji powietrza wewnątrz urządzenia – Wymuszony (np. wentylatorem) ruch powietrza – Pełnienie roli radiatora 10 Techniki mikroprocesorowe Zapewnienie chłodzenia • Zasady – Rozmiar i ilość miejsca wewnątrz obudowy powinny być uzależnione od ilości wydzielanego przez urządzenie ciepła – W przypadku braku możliwości usunięcia ciepła za pomocą naturalnej cyrkulacji, należy stosować wymuszony ruch powietrza – W przypadku obudowy metalowej może ona zostać wykorzystana jako element wymiany ciepła (radiator) 11 Techniki mikroprocesorowe Zapewnienie chłodzenia • Zasady – Najwyższa temperatura danego elementu układu wewnątrz obudowy przewidziana w projekcie nie powinna być przekroczona w żadnych warunkach dopuszczonych w specyfikacji – Temperatury występujące w układzie nie powinny wpływać na żywotność urządzenia i utrudniać jego użytkowania 12 Techniki mikroprocesorowe Zapewnienie ergonomii • Obudowa stanowi bazę montażową urządzenia, zapewnia jego spójność • Obudowa zapewnia wygodę użytkowania urządzenia, dostęp do najczęściej wykorzystywanych jego elementów (elementy interfejsu użytkownika, złącza itp.) • Umożliwia montaż urządzenia na stanowisku roboczym 13 Techniki mikroprocesorowe Zapewnienie ergonomii • Zasady – Urządzenie powinno być wygodne w obsłudze i użytkowaniu – Wzajemne położenie elementów interfejsu użytkownika, gniazd i innych elementów nie powinno utrudniać dostępu do nich i korzystania z nich – Rozmieszczenie wyżej wymienionych elementów powinno być optymalne pod kątem liczby ruchów i czasu potrzebnego do wykonania konkretnych czynności, głównym kryterium powinny być częstość korzystania z nich i stopień skomplikowania ich obsługi 14 Techniki mikroprocesorowe Zapewnienie estetyki • Obudowa zapewnia estetyczny wygląd urządzenia, ukrywa przed użytkownikiem wewnętrzną konstrukcję urządzenia (choć zdarzają się wyjątki) • Ułatwia utrzymanie czystości 15 Techniki mikroprocesorowe Zapewnienie estetyki • Zasady – Staranne wykonanie mechaniczne obudowy i dopracowanie jej elementów – Reszta to kwestia gustu 16 Techniki mikroprocesorowe Materiały Materiały na obudowy urządzeń amatorskich 17 Techniki mikroprocesorowe Najpopularniejsze materiały • Najpopularniejszymi materiałami, z których wykonane są obudowy urządzeń amatorskich to – Tworzywa sztuczne (PE, ABS itp.) – Metale (stal, miedź, mosiądz, aluminium) – Laminaty – Drewno (drewno lite, sklejka, płyty wiórowe i laminowane) 18 Techniki mikroprocesorowe Tworzywa sztuczne • Zalety – Łatwość obróbki – Dostępne kolory – Niska waga – Odporność na wodę – Łatwość klejenia – Właściwości izolacyjne – Cena 19 Techniki mikroprocesorowe Tworzywa sztuczne • Wady – Niska wytrzymałość mechaniczna – Zwykle podatność na podwyższoną temperaturę, promieniowanie UV i działanie rozpuszczalników – Często mało estetyczny wygląd (tekstura, widoczne rysy itp.) 20 Techniki mikroprocesorowe Laminaty • Zalety – Łatwe w obróbce – Bardzo wytrzymałe – Odporność na temperaturę, wilgoć, UV i rozpuszczalniki 21 Techniki mikroprocesorowe Laminaty • Wady – Wygląd – Niektóre przewodzą prąd – Cena 22 Techniki mikroprocesorowe Metale • Zalety – Dość łatwa obróbka – Wytrzymałość – Estetyka – Bardzo dobre przewodnictwo cieplne – Odporność na temperaturę i promieniowanie UV – Właściwości ekranujące 23 Techniki mikroprocesorowe Metale • Wady – Zachowanie estetyki wymaga bardzo ostrożnej obróbki – Przewodnictwo prądu – Słaba odporność większości metali na wilgoć i działanie agresywnych środków chemicznych – Cena 24 Techniki mikroprocesorowe Drewno • Zalety – Estetyka – Cena – Dostępność – Właściwość izolacyjne – Odporność na temperaturę 25 Techniki mikroprocesorowe Drewno • Wady – Bardzo słaba odporność na wilgoć i działanie agresywnych środków chemicznych – Trudna i skomplikowana obróbka, gdy liczy się estetyka 26 Techniki mikroprocesorowe Druk 3D Podstawy druku 3D 27 Techniki mikroprocesorowe Technika druku 3D • Stereolitografia (SLA) – polega na utwardzaniu warstwa po warstwie żywicy promieniem lasera • Fused Deposition Modelling (FDM) – polega na nakładaniu warstwa po warstwie cienkiej warstwy roztopionego tworzywa za pomocą dyszy z małym utworem • Laminated Object Manufacturing (LOM) – polega na tworzeniu modelu z warstw papieru i laminatu poliestrowego połączonych razem. Pokryty klejem papier jest wycinany za pomocą lasera 28 Techniki mikroprocesorowe Technika druku 3D • Dalsze slajdy poświęcone będą najpopularniejszej technice druku 3D, czyli FDM • Zostanie też omówiona drukarka wykorzystująca tą metodę: HBOT 3D 29 Techniki mikroprocesorowe Budowa drukarki 3D • Drukarka 3D do druku FDM składa się z dwóch zasadniczych elementów: – Głowicy drukującej (karetki) z podgrzewaną dyszą i mechanizmem podawania filamentu, poruszającej się zwykle w osiach XYZ – Powierzchni roboczej (stołu), zwykle podgrzewanego i ruchomego w osi Z 30 Techniki mikroprocesorowe Budowa drukarki 3D • Podczas druku głowica porusza się w płaszczyźnie poziomej, w małej odległości (0.10.3mm) nad drukowanym obiektem i nakłada cienką warstwę roztopionego tworzywa • Po wykonaniu jednej warstwy, stół opuszcza się o grubość jednej warstwy, przygotowując miejsce na kolejną 31 Techniki mikroprocesorowe Budowa drukarki 3D • W trakcie druku z dużą prędkością ważną rolę spełnia wbudowany w głowicę system chłodzenia wydruku, umożliwiający szybkie utwardzenie wydrukowanej warstwy i zapobiegający deformacji wydruku • Aby uniknąć odklejania się wydruku od stołu pod wpływem kurczenia i naprężeń w stygnącym wydruku, powierzchnia stołu jest podgrzewana do temperatury kilkudziesięciu stopni 32 Techniki mikroprocesorowe Głowica drukarki HBOT 3D 33 Techniki mikroprocesorowe Materiały do druku 3D • ABS - akrylonitrylo–butadieno–styren, produkowane na bazie ropy naftowej tworzywo sztuczne, topiące się w temperaturach 230-270°C. Opary szkodliwe dla zdrowia. Wydruk ma matową powierzchnię i mało nasycony kolor, ale bardzo dobrze się obrabia i łatwo poddaje klejeniu. Podczas druku wykazuje dużą kurczliwość i z tego powodu wymaga podgrzewania stołu do ok. 70°C 34 Techniki mikroprocesorowe Materiały do druku 3D • PLA – poliaktyd, biodegradowalne tworzywo uzyskiwane ze skrobi. Topi się w temperaturze 190-220°C, wydzielając niewielką ilość mało szkodliwych oparów. Wykazuje niską kurczliwość, dzięki czemu nie wymaga podgrzewanego stołu. Wydruki gładkie i błyszczące, o żywych i intensywnych kolory. Trudny w obróbce, dość kruchy, trudny do klejenia. Dość odporny na działanie rozpuszczalników. 35 Techniki mikroprocesorowe Zalety i wady druku 3D • Zalety – Szybki sposób na przygotowanie prototypowej części, obudowy itp. – Niski koszt materiałów – Niski koszt jednostkowy wydruku – Dostępne materiały do druku w różnych kolorach 36 Techniki mikroprocesorowe Zalety i wady druku 3D • Wady – Długi czas pojedynczego wydruku – Stosunkowo niewielka wytrzymałość mechaniczna wydruku – Ograniczona rozdzielczość wydruku – Konieczność stosowania podpór podczas druku pogarsza jakość wydruku (problem z usunięciem pozostałości podpór) – Większość drukarek pozwala tylko na wydruki monochromatyczne – Ograniczony rozmiar wydruku 37 Techniki mikroprocesorowe Problemy podczas druku 3D • Podczas drukowania 3D użytkownik może napotkać liczne problemy. Najczęstsze to – Odklejanie się wydruku – Pęknięcia filamentu – Zapchanie dyszy – Deformacje wydruku 38 Techniki mikroprocesorowe Problem z odklejaniem się wydruku • W niektórych przypadkach (duży wydruk, nietypowy kształt wydruku, mała powierzchnia styku z blatem stołu, użyty materiał itp.) może dochodzić do odklejania wydruku, mimo podgrzewania stołu. Aby temu zapobiec, stosuje się dodatkowe środki 39 Techniki mikroprocesorowe Problem z odklejaniem się wydruku • Powierzchnię stołu należy pokryć warstwą środka klejącego: dla ABS może to być rozpuszczony w rozpuszczalniku ABS, dla PLA: klej do papieru lub kalafonia rozpuszczona w spirytusie • Dodatkowo programy do generowania plików z danymi do wydruku pozwalają zwykle dodać cienką warstwę „zerową” wokół obiektu, zwiększającą powierzchnię styku ze stołem 40 Techniki mikroprocesorowe Problemy z pękającym filamentem • Pękanie filamentu może mieć kilka przyczyn – Wada fizyczna filamentu, zwykle związane ze słabą jakością – Nieprawidłowe przechowywanie filamentu, nieodpowiednia temperatura lub wilgotność – Nieprawidłowe obchodzenie się z filamentem, np. nadmierne wyginanie podczas przewijania lub montażu w drukarce – Problemy techniczne drukarki, zwykle związane z kształtem toru podawania filamentu lub mechanizmem podawania w głowicy 41 Techniki mikroprocesorowe Problem zapychania się głowicy • Zapychanie się głowicy może być spowodowane – Zmianą filamentu z ABS na PLA – Niedostateczną czystością filamentu – Obecnością „spalonego” filamentu w głowicy, np. po pracy drukarki bez filamentu w podajniku – Nieprawidłową temperaturą roboczą głowicy 42 Techniki mikroprocesorowe Problemy z deformacjami wydruku • Deformacje wydruku mogą wystąpić w następujących wypadkach – Nieodpowiednia prędkość podawania filamentu w stosunku do prędkości ruchu głowicy i grubości warstwy – Nieprawidłowa temperatura robocza – Brak lub niedostateczna liczba podpór – Kurczenie się materiału podczas stygnięcia – Problemy z powtarzalnością ruchów głowicy 43 Techniki mikroprocesorowe Zasady projektowania modeli do druku • Podczas przygotowywania modelu do druku 3D dla drukarki SLA należy pamiętać o kilku zasadach: – Należy unikać powierzchni nie mających podparcia – nawet podpórki nie gwarantują poprawnego wydruku takich powierzchni. Obiekt należy „położyć” na stole taką stroną, żeby powierzchni bez podparcia było jak najmniej – Powierzchnia styku wydruku ze stołem powinna gwarantowąć otrzymanie pionowej pozycji przez wydruk w czasie drukowania 44 Techniki mikroprocesorowe Zasady projektowania modeli do druku – Drobne elementy, zwłaszcza o skomplikowanych kształtach mają wytrzymałość nieproporcjonalnie mniejszą niż duże elementy o takim samym kształcie. Wynika to ze specyfiki metody SLA i stosunkowo małej precyzji drukarki – Należy uwzględnić precyzję drukarki i wynikające z tego możliwe różnice w wymiarach oraz potencjalne deformacje powstałe w procesie druku – Użycie cienkiej warstwy znacznie wydłuża czas druku, ale gwarantuje lepszą jakość 45 Techniki mikroprocesorowe Przygotowanie drukarki • Lista czynności podczas druku 3d – Instalacja filamentu – Test drożności dyszy – Sprawdzenie kalibracji stołu roboczego – Pokrycie powierzchni stołu środkiem poprawiającym przyczepność wydruku – Rozpoczęcie druku 46 Techniki mikroprocesorowe Popularne formaty danych do druku: STL • Format STL jest triangulacyjnym przedstawieniem geometrii powierzchni w przestrzeni trójwymiarowej. Każda powierzchnia podzielona jest na szereg małych trójkątów, których każdy wierzchołek opisany jest przez 3 punkty reprezentujące ich położenie względem poszczególnych osi współrzędnych. 47 Techniki mikroprocesorowe Popularne formaty danych do druku: G-code • G-code jest to język zapisu poleceń dla urządzeń CNC. W przypadku drukarki 3D plik G-code zawiera opisy operacji dla każdej warstwy osobno. Przykłady poleceń G-code G1 X? Y? Z? E? F? Ustawienie poszczególnych osi drukarki (X, Y, Z) oraz przewinięcie filamentu do wskazanej pozycji (E) z prędkością F. Prędkość jest wyrażona w mm/min G28 Powrót do pozycji „0” G92 E0 Zresetowanie licznika zużycia filamentu 48 Techniki mikroprocesorowe Popularne formaty danych do druku: G-code M140 S? Ustawienie temperatury stołu na S °C i kontynuacja pracy M190 S? Ustawienie temperatury stołu na S °C i wstrzymanie pracy aż temperatura zostanie osiągnięta M104 S? Ustawienie temperatury dyszy na S °C i kontynuacja pracy M109 S? Ustawienie temperatury dyszy na S °C i wstrzymanie pracy aż temperatura zostanie osiągnięta UWAGA: Znak zapytania w poleceniu reprezentuje wartość liczbową 49 Techniki mikroprocesorowe Popularne programy wykorzystywane podczas druku 3d • Slic3r – program służący do konwersji plików 3D (np. STL) do listy poleceń G-code. Pozwala na konfigurację wielu parametrów, dodawania podpór, warstw poprawiających przyczepność wydruku do stołu itp. http://slic3r.org/ 50 Techniki mikroprocesorowe Popularne programy wykorzystywane podczas druku 3d • SketchUp - prosty program do modelowania 3D, dostępny w wersji freeware, akademickiej i profesjonalnej http://www.sketchup.com/ 51 Techniki mikroprocesorowe Popularne programy wykorzystywane podczas druku 3d • Blender – zaawansowany darmowy program do tworzenia grafiki 3D, zarówno statycznych obiektów jak i animacji. Umożliwia eksport do formatu STL https://www.blender.org/ 52 Techniki mikroprocesorowe
