Arrinera Technology S.A. wykorzystuje druk 3D na dwóch polach – w procesie prototypowania oraz do wytwarzania części finalnych dla swoich samochodów sportowych. Partnerem realizującym wszystkie zlecenia Arrinery w tym obszarze jest poznańskie Omni3D – producent przemysłowych drukarek 3D. W przypadku części finalnych bardzo ważną rolę odgrywa dokładność realizowanego wydruku przy jednoczesnym zachowaniu odpowiedniej wytrzymałości. Model musi doskonale pasować do reszty elementów składowych oraz wytrzymywać odpowiednie temperatury.
Dla producenta samochodów było to szczególnie istotne przy projekcie wydruku mocowań dla trójfunkcyjnych świateł, które są wykorzystywane jako części finalne w przedniej lampie samochodu Hussarya 33. Arrinera chciała dokładnie zweryfikować wymiary mocowań przed ich montażem. Wykonanie kontroli jakości zlecono firmie SMARTTECH, specjalizującej się w pomiarach z wykorzystaniem skanerów 3D.
Proces drukowania 3D
Arrinera już od 2016 roku wszystkie swoje wydruki zleca Omni3D, która jak informowaliśmy chociażby w niedawnym wywiadzie z nowym dyrektorem zarządzającym firmy – Pawłem Robakiem, oprócz produkcji drukarek 3D oferuje również usługi druku 3D na zlecenie. Proces druku 3D rozpoczyna się od zaimportowania modelu 3D do oprogramowania Simplify3D, na którym ustawiane są parametry z jakimi ma być on wydrukowany, a następnie cięty na warstwy o zadanej wysokości.
Ustawione parametry bezpośrednio wpływają na jakość wydruku, jego wytrzymałość, wagę oraz czas realizacji. Operator drukarki 3D musi wiedzieć, jak dany wydruk będzie wykorzystywany i w związku z tym, w jakiej płaszczyźnie wydruk musi być najmocniejszy, gdyż modele realizowane w technologii druku 3D z termoplastów mają mniejszą wytrzymałość w jednej z osi. Na wytrzymałość wydruku ma również wpływ jego wypełnienie, które jednocześnie definiuje wagę produktu oraz czas w jakim powstaje. Dla zwiększenia wytrzymałości wydruków 3D stosuje się także odpowiednie struktury wewnętrzne o różnym kształcie, bądź stosuje się wypełnienie na poziomie 100%.
Wysokość warstwy z jakim detal jest drukowany wpływa bezpośrednio na czas realizacji zlecenia. Przy warstwie 0,14 mm, wydruk może być aż dwukrotnie dłuższy w porównaniu do warstwy 0,2 mm. Niezwykle istotny jest również wybór odpowiedniego filamentu – w zależności od potrzeb wybierany jest materiał o większej wytrzymałości, łatwiejszy w późniejszej obróbce, lub odporny na promieniowanie UV.
Mocowania do świateł samochodu Arrinery zostały wydrukowane z filamentu ABS-42 na drukarce 3D Factory 2.0 Production System w technologii FFF. Urządzenie jest wyposażone w zamkniętą i podgrzewaną komorę roboczą, co pozwala na realizację wydruków nawet z najbardziej wytrzymałych polimerów – jak PA-6/66, ABS-42 czy ASA-39. Poniższa tabela przedstawia specyfikację wydruku mocowań:
Proces skanowania 3D
Podczas procesu druku 3D termoplasty, z których są tworzone wydruki, są podatne na kurczliwości, które mogą zaburzyć ich geometrię. Aby zweryfikować ewentualne niedoskonałości, można wykorzystać proces skanowania 3D, umożliwiając przeprowadzenie dokładnej inspekcji w celu zweryfikowania jakości wydruku 3D.
Do pomiaru wykorzystano skaner 3D do zastosowania w przemyśle – MICRON3D green 10 MPix firmy SMARTTECH. Wykorzystywana przez urządzenie technologia optycznego pomiaru polega na wyświetleniu prążków na mierzonej powierzchni. Prążki odkształcają się na jej krzywiźnie, co rejestruje detektor wbudowany w skaner 3D. W trakcie pomiaru obraz z detektora jest przekształcany w chmurę punktów dzięki specjalnemu algorytmowi oprogramowania sterującego. Każdy z punktów to informacja geometryczna opisana za pomocą współrzędnych X, Y, Z, które mogą być użyte w kontroli jakości.
MICRON3D green wykorzystuje technologię pomiaru opartą o zielone światło LED, która pozwala na osiągnięcie wyników o 30% dokładniejszych niż systemy operujące światłem białym. Przy objętości 400 x 300 x 240 mm optyczny system pomiarowy firmy SMARTTECH pozyskuje chmurę punktów reprezentującą mierzony obiekt z dokładnością 0,042 mm. Takie rozwiązanie pozwala precyzyjnie zmierzyć obiekt o skomplikowanym kształcie.
Dzięki stałej kalibracji i certyfikacji według niemieckich wytycznych VDI/VDE 2634 operator skanera 3D ma gwarancję, że błąd pomiaru nie przekracza wartości podanych w certyfikacie dokładności urządzenia. Dodatkowo integracja skanera 3D ze stolikiem obrotowym powoduje, że pojedyncze pomiary są do siebie automatycznie dopasowane i przygotowane do kontroli jakości.
Kontrola jakości
Inspekcję przeprowadzono w oprogramowaniu Geomagic Control X, które pozwala na wykonanie przekroju, zwymiarowanie go oraz zweryfikowanie grubości. Na potrzeby części wydrukowanej przez Omni3D przeprowadzono kontrolę jakości wymiarowej przy użyciu porównania referencyjnego modelu CAD z wynikiem pomiaru. Operacja umożliwiła stworzenie mapy odchyleń wraz z punktową informacją o odchyłkach. Inżynierzy przy projektowaniu części przyjęli tolerancję na poziomie 0,3 mm.
Inżynierowie przyjęli tolerancję wymiarową na poziomie 0,3 mm. Cała operacja umożliwiła stworzenie mapy odchyleń wraz z punktową informacją o odchyłkach. Najbardziej skrajny punkt określający niedostatek materiału wykorzystał 78,6% założonej tolerancji, a najwrażliwsze punkty – 61,8%. Średnia ze wszystkich odchyłek wyniosła -0,033 mm. Średni naddatek materiału był równy 0,112 mm, natomiast dla niedostatku wartość ta wyniosła -0,133 mm. Wydruk 3D okazał się więc o 30% lepszy od przewidywań inżynierów.
Poniższa tabela prezentuje szczegółowe dane o odchyłkach w trzech osiach położenia punktu referencyjnego i pomiarowego wraz z wyszczególnieniem różnicy oraz tolerancji wymiarowej.
Oczywiście nie ma fizycznej możliwości wykonania części idealnej w stosunku do modelu referencyjnego bez względu na to, czy stosuje się rozwiązania addytywne, metody odlewnicze czy formy wtryskowe. Każdy sposób fabrykacji jest obarczony różnicami wymiarowymi, dlatego inżynierzy przy projektowaniu przyjmują tolerancję uwzględniającą specyfikę danej technologii wytwórczej. W takim wypadku optyczna kontrola jakości jest potrzebna, gdyż pozwala zweryfikować, czy wyprodukowany element mieści się w przyjętych przez inżyniera normach.
W wypadku mocowań zastosowanych w przedniej lampie supersamochodu Hussarya 33 precyzyjne dane pozyskane za pomocą optycznego skanera MICRON3D green 10 MPix wskazują, że wydrukowany element w pełni mieści w założonej przez inżyniera tolerancji.
