ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОСНАСТКИ ПОЛУЧЕННОЙ 3D ПЕЧАТЬЮ

ENSURING THE QUALITY OF THE WORKING SURFACES OF THE EQUIPMENT OBTAINED BY 3D PRINTING

Ivan Galetskiy

student, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Moscow State Technological University" Stankin

Russia, Moscow

Efim Semenov

student, Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education "National Research Tomsk Polytechnic University".

Russia, Tomsk

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассмотрено влияние механической обработки на качество поверхностей деталей полученных FDM 3D печатью и выявлен диапазон благоприятных режимов резания.

ABSTRACT

In this paper, the influence of machining on the quality of the surfaces of parts obtained by FDM 3D printing is considered and a range of favorable cutting conditions is revealed.

Ключевые слова: Аддитивные технологии, FDM 3D печать, режимы резания, оснастка, исследование шероховатости, 3D принтер Picaso Designer 250, вертикально-фрезерный станок Romi D800, концевая фреза Sandvick CoroMill 390.

Keywords: Additive technologies, FDM 3D printing, cutting modes, tooling, roughness study, 3D printer Picaso Designer 250, vertical milling machine Romi D800, end mill Sandvick CoroMill 390.

Аддитивные технологии охватывают все новые сферы деятельности человека. Дизайнеры, архитекторы, археологи, палеонтологи и представители других профессий используют 3D-принтеры для реализации различных идей и проектов. Активно создаются роботизированные комплексы для «печати» быстротвердеющими бетонными смесями. [1]

В настоящее время проявляется рост интереса к изучению и рассмотрения внедрения аддитивного производства, в машиностроение т.к использования данных технологий позволит сократить цикл производства изделий, использовать при многономенклатурном производстве и «выращивать сложные геометрические формы». [2]

Использование данных технологий в изготовление готовых деталей и сборок, технологической оснастки и многого другого сможет добавить гибкости в основное и вспомогательное производство предприятий, решить ряд важнейших проблем и ускорить процесс создания объектов.

Однако существует проблема связанные с некачественными поверхностями, к которым в свою очередь предъявляются жесткие требования по точности и качеству.

Сам термин аддитивное производство в стандарте ASTMF2792.1549323-1 формулируется следующим образом – «process of join in gmaterials to make objects from 3D model data, usually layer up on layer, asopposed to subtractive manufacturing technologies» («процесс объединения материала с целью создания объекта из данных 3D-модели, как правило, слой за слоем, в отличие от «вычитающих» производственных технологий»). [3]

Аддитивное производство охватывает ряд технологий, таких как: прямая цифровая объёмная печать (3D–печать), трёхмерное моделирование, быстрое прототипирование. К этой области технологий можно ещё отнести вопрос, связанный с постобработкой (если такое потребуется), как известно на сегодняшний день некоторые технологии и определенный ряд 3D – принтеров определённых аддитивных технологий могут давать качество поверхности по Ra до 0,1 мкм. Для большей достоверности измерения проводились на горизонтальных (тип А) и вертикальных (тип В) поверхностях. [2]

Таблица 1

Сравнение шероховатостей моделей полученных различными АМ - технологиями [1]

Актуальность работы заключается в то что, применения дешёвого и быстрого метода изготовление сложной геометрии целесообразно рассмотреть в условиях многономенклатурного производство для изготовление различного типа формообразующий оснастки. Вопрос заключается в достижение требуемого качества рабочей поверхности оснастки.

Целью данной работы является, поиск и анализ благоприятной области режимов резания для достижение высоких качественных показателей заготовки, напечатанной на 3D–принтере технологией FDM.

Задачи:

Определить область рациональных режимов постобработки методом проведения экспериментов путём интеграции аддитивных технологий с механической обработкой для обеспечения требуемых параметров качества поверхностного слоя изделий, полученных FDM-печатью,

Технические характеристики пластика ABS представлены в таблицы 2

Таблица 2.

Технические характеристики пластика ABS

Исследование проводилось на образцах призматической формы с габаритами: 70х50х40мм (рис.1). Образцы изготовлены из пластика ABS аддитивным методом на FDM 3D принтере Picaso Designer 250 со следующими режимами: скорость печати – 80мм/сек; высота слоя – 0,2 мм; процент заполнения – 6%; толщина стенки – 5 мм. Шероховатость поверхности измеряли на профилометре «Арбис» ПМ-7, которая составила для образцов Ra=14,5мкм.

Затем образцы подвергались механической обработке на вертикально-фрезерном станке Romi D800 концевой фрезой диаметром 20 мм Sandvick CoroMill 390 (Сплав GC1130), выбор инструмента осуществлялся по следующим признакам:

1. Инструмент должен быть без радиусов при вершине (остро заточенный),

2. Должен подходить для обработки цветных металлов, т.к такие инструменты отвечают нужными геометрическими параметрами

Известно что, влияющие параметры на шероховатость поверхностей это режимы резания и геометрия режущего инструмента (Главный угол в плане, вспомогательный угол в плане, передний угол, радиус скругления). В данной работе мы рассмотри влияние режимов резания на шероховатость поверхности

Поскольку припуск при обработки после 3D – печати не большой, глубина резания будет постоянным параметром = 1 мм.

Процент перекрытия 30%

Изменяемые параметры: Подача, скорость, направление и расположение слоёв на обрабатываемой поверхности.

Рисунок 1. Исследованные объекты (после механической обработки)

Результаты с режимами обработки, и описанием проходившего процесса представленными в таблице 2.

Таблица 3.

Исследуемые режимы резания

Рисунок 2. Дефекты после механической обработки, где А – раскрывание пор после печати, Б – расслоение, В – Задиры, расхождение слоёв

Рисунок 3. Поверхности при оптимальных режимах резания

Описание экспериментов:

При увеличении подачи наблюдается ухудшение поверхностного слоя, происходит плавление стружки. При увеличении скорости резания наблюдается плавление стружки, а на поверхностный слой влияет в меньшей степени. Механическая обработка с режимами S=200мм/мин, v=30м/мин при встречном фрезеровании глубиной 1 мм позволили получить шероховатость поверхности Ra=0,63мкм.

Заключение

Таким образом, механическая обработка изделий, изготовленных на FDM принтере позволяет улучшать качество поверхности напечатанного изделия, получая требуемые параметры шероховатости, что в свою очередь решает проблему постобработки. Применяемый субтрактивный метод для обеспечения требуемого качества оправдывает себя в многономенклатурном и экспериментальных производствах.

Список литературы:

1. Шишковский, И.В. Основы аддитивных технологий высокого разрешения / И.В. Шишковский. – СПб. : Изд-во Питер, 2015. 348 с.
2. Зленко, А.А. Попович, И.Н. Мутылина., Аддитивные технологии в машиностроении / М.А. СПб.: СПбГУ, 2013. 221с.
3. Стандарт ASTM F2792.1549323-1. Стандарт, определяющий аддитивное производство