Технология FDM и печать больших объектов

В данной статье нам хотелось бы рассказать читателям портала 3dtoday о работе над самым интересным проектом в прошедшем 2014 году.Все началось с того, что в конце мая 2014 г. нам поступило задание на изготовление «аэродинамической турбины» очень причудливой формы и очень (по нашим меркам ) большого размера: 1056 мм. в длину и 356 мм. в ширину. Помимо размера, модель должна была обладать рядом прочностных характеристик , так как она предназначалась для «продувки» потоками воздуха. Качество поверхности при этом должно было оставаться хорошим.

Несмотря на весьма ограниченные временные рамки, мы принялись за работу, однако, после сборки первой модели мы поняли, что она не сможет выполнить возложенные на нее функции,и что конструкция требует пересмотра. Благодаря плотной работе с клиентом была разработана, а точнее, доработана конструкция модели, что позволило создать установку, которая могла стоять на собственных (напечатанных) ножках и, помимо собственного веса (около 5 кг. без ножек), выдерживать нагрузку воздушного потока. Выглядела она вот так:

Установка была создана из 21 части, не считая ножек (4 части каждая) на принтере MakerBot Replicator 2 из PLA пластика. Части склеивались между собой, после чего происходила обработка швов и покраска. Если в плане склейки решение было найдено довольно быстро (несмотря на то, что пластик PLA не так легко поддается обработке и склейке), то касаемо обработки швов и грунтовки, мы до сих пор пытаемся найти наиболее подходящее решение. Вообще, по данным вопросам можно написать не одну статью.

Наша первая «турбина» успешно прошла испытания при скорости потока 22 мс, однако, к нам поступил заказ на турбину №2 с измененной геометрией. Параметры печати так же были изменены: внутреннее заполнение «ножек» увеличилось с 20 до 100%. Так же был внесен ряд небольших конструктивных изменений, которые облегчают как сам процесс печати, так и последующий процесс склейки. Модель была собрана перед отправкой на тест: Затем разобрана и собрана опять, но уже на месте тестирования (НИИ Механики МГУ).Эта установка была выполнена за 3 недели и выдержала на продув так же 22 мс.

На этом история не заканчивается. В середине ноября к нам поступил заказ на турбину №3, которая так же имела ряд изменений: помимо 100% заполненных ножек, корпус модели должен был быть заполнен на 20%, что позволило бы сделать модель более устойчивой. На №3 нам давалось 2 недели (от момента начала работы с 3d моделью, до доставки обработанной и покрашенной установки на место тестирования). Мы с этой задачей справились и модель №3 получилась наиболее удачной, как по прочности, так и по качеству поверхности.

Вес модели вместе в ножками составил 11 кг. И ей удалось выдержать поток воздуха 30 мс. По шкале Бофорта это 11 балов из 12 и называется не иначе как 'Жестокий шторм'.

Далее последовала установка № 4, предназначенная уже для пересылки клиенту, поэтому она не собиралась полностью. Модель претерпела некоторые изменения. С нашей стороны удалось достичь еще более лучшего качества поверхности и отсутствия швов, особенно в районе 'большого кольца', что стало возможным благодаря полученному опыту в печати и сборке, ниже представлены фотографии процесса печати и сборки.В завершении статьи хотелось бы рассказать о самом интересном аспекте данного проекта (по нашему мнению): что это и зачем это нужно?

Мы спросили об этом нашего клиента, на что получили следующий ответ:

'Некоторые ученые полагают, что поскольку сделать правильные/точные измерения, например, скорости не просто, то логичнее в наш компьютерный век запустить программу такую, как ANSYS, и воспользоваться расчетом потока. Увы, и такой путь оказался не надежным, хотя бы потому, что программа вычисляет по теории, которая основывается на не доказанных и ненадежно проверенных гипотезах.

Кто то скажет: «Зачем нужно «излишне-уточненное» знание? Самолеты летают, и корабли и подводные лотки плавают, ветро-и-гидро-генераторы дают ток и без уточненного знания.» Но, именно теперь, многие инженера обнаруживают, что ветро-и-гидро-генераторы могут быть улучшены существенно, и крылья самолета тоже могут быть получше, и это стало очень даже нужно в 21-ом веке.

Итак, сутьназначение установок – понять(!) законы аэро-и-годро-динамики, чтобы затем улучшить и летательные аппараты, и ветро-и-гидро-генераторы.

Я построил свою теорию аэро-и-годро-динамики, отличающуюся от классической (которой уже почти 300 лет!). Теорию нужно подкрепить экспериментом. Эксперименты были удачные(!), т.е. подтверждены распределения скоростей, давления, температуры и плотности, предсказанные моей теорией и не предсказанные классической теорией'.

Работы по данному проекту будут продолжены, и мы не исключаем появления статьи-продолжения в будущем. Несмотря на весьма существенные ограничения технологии FDM, в некоторых случаях именно 'персональный 3d принтер' является необходимым инструментом (и не только из-за стоимости) выполнения весьма серьезных задач.

Спасибо за внимание!