Разработка технологии 3D печати корпусных деталей МКА НК

EDN: QRSBIV

Типовой малый космический аппарат (МКА) в своем представлении состоит из корпуса, который отвечает габаритам нано-класса (НК). В корпус вставляются платы разного назначения, в зависимости от задач, поставленных перед ним. Платы устанавливаются с помощью штепсельного разъема, соединяясь последовательно, базируясь за корпус МКА. Далее платы закрываются от внешней среды с помощью крышки и винтов, образуя с корпусом разъемное соединение. Для решения ключевой задачи требуется автоматизация производства с помощью внедрения процесса роботизированной сборки и технологий аддитивного производства (3Д печати комплектующих спутника).

В разрабатываемом технологическом процессе производства корпусных деталей методом аддитивного производства требуется рассмотреть технологию, определить общие требования к материалу.

Рассмотрим перечень технологических операций типового аддитивного технологического процесса аддитивного производства корпусов МКА НК, который приведен в таблице 1.

На первом этапе технологического процесса стоит подготовить материал. Заключается это в сушке филаментов в сушильной камере. Так же материалы, полученные по товарным накладным должны иметь сертификаты соответствия.

Следующим этапом является подготовка и настройка оборудования, которая предполагает следующие операции:

Михеев Михаил Александрович, аспирант.

Панин Вадим Игоревич, аспирант.

Жуков Виталий Владимирович, заместитель главного инженера, начальник испытательного центра РКЦ «Прогресс».

• -    проверку работы интерфейса управляющего блока 3D-принтера;

• -    проверку работы шаговых двигателей 3D-принтера;

• -    проверку работы концевых датчиков 3D-принтера;

• -    проверку работы температурных датчиков 3D-принтера;

• -    проверку работы нагревательных элементов 3D-принтера;

• -    проверку работы датчиков наличия филаментов 3D-принтера;

• -    проверку работы механизмов подачи филаментов 3D-принтера;

• -    калибровку (выравнивание) рабочего стола и экструзионных сопел FDM 3D-принтера;

• -    загрузку в FDM 3D-принтер калибровочных моделей образцов для оценки геометрических способностей FDM 3D-принтера;

• -    запуск печати для калибровки;

• -    ручное изъятие напечатанных образцов;

• -    измерение напечатанных образцов;

• -    по результатам измерения введение коррекции в программное обеспечение FDM 3D-принтера (при необходимости).

Выбрав шаг перемещения в ручном режиме (расстояние на которое переместится экструдер после однократного нажатия на стрелку ручного управления), вручную перемещайте стол в положение, в котором удобно размещать, и при необходимости фиксировать подложку на столе.

Установите подложку из поликарбоната (другого материала), совместимую с вакуумным столом Anyform 500 Pro.

Включите насос вакуумного стола.

Качественно зафиксированная подложка не должна смещаться, если пытаться её сдвинуть. Звук вакуумного всасывания едва различим. При не плотном прилегании подложки к столу различимо характерное шипение. При необхо-

Таблица 1 - Перечень технологических операций типового процесса печати

№	Технологические операции
1.	Подготовка материалов (филамента) для печати
2.	Подготовка и настройка оборудования
3.	Заправка в оборудование материалов (заправка филамента)
4.	Ввод параметров печати
5.	Запуск печати
6.	Печать
7.	Изъятие печатных образцов

Рисунок 1 - Места фиксации подложки термостойкой клейкой лентой димости фиксацию подложки можно усилить термостойкой клейкой лентой, используя её по краям, с четырёх сторон (рис. 1). В случае искривления ранее бывшей в употреблении подложки, её можно размягчить прогреванием в камере, что позволит ей выровняться, «присосавшись» к вакуумному столу.

В некоторых случаях, в соответствии с рекомендациями производителей выбранных материалов для печати, необходимо распылить или нанести кистью на подложку специальный клей-лак для 3D печати, или другой клеящий раствор для фиксации будущего изделия, до или после прогрева камеры, стола и подложки.

Далее технологический процесс предполагает заправку в оборудование материалов (заправка филамента). Нужно выбрать филаменты и заправить ими FDM 3D-принтер. При этом нужно переместить экструдер в положение, в котором хорошо видны сопла головок экструдера (зона ближе к двери). В режиме меню «Параметры печати» выбрать головку экструдера, в которую необходимо заправить филамент, и задать температуру в соответствии с техническими характеристиками выбранного филамента.

Четвертым этапом является ввод параметров печати, который предполагает:

• -    полигонизация / триангуляция цифровых моделей корпусов и адаптеров рабочих плат МКА НК в САПР;

• -    загрузка фасеточных моделей в програм-му-слайсер;

• -    ориентация моделей на виртуальном рабочем столе FDM 3D-принтера;

• -    задание параметров филамента в програм-ме-слайсер;

• -    выбор параметров «высота слоя» печати в программе-слайсер;

• -    выбор параметров «ширина линии» печати в программе-слайсер;

• -    выбор параметров «толщина стенки» в программе-слайсер;

• -    выбор параметров «дно/крышка» в про-грамме-слайсер;

• -    выбор параметров «плотность заполнения» в программе-слайсер;

• -    выбор параметров «шаблон заполнения» в программе-слайсер;

• -    выбор параметра «температура сопла» в программе-слайсер;

• -    выбор параметра «температура рабочего стола» в программе-слайсер;

• -    выбор параметров «скорость печати» в программе-слайсер;

• -    выбор параметров «откат» в программе-слайсер;

• -    выбор параметров «режим комбинга» в программе-слайсер;

• -    выбор параметров «охлаждение» в про-грамме-слайсер;

• -    выбор параметров «генерация поддержек» в программе-слайсер;

• -    выбор параметров «тип прилипания к столу» в программе-слайсер;

• -    нарезка на слои (слайсинг моделей) в про-грамме-слайсер;

• -    предварительный просмотр (пошаговый контроль печати) в программе-слайсер;

• -    предварительный нагрев рабочей камеры;

• -    предварительный нагрев рабочего стола;

• -    предварительный нагрев сопел экструдера;

Температурные значения вводятся в соответствующие поля, в режиме меню «Параметры печати», после чего следует выждать достаточное время до достижения узлами заданных температур, и прогрева материала. На дисплее панели управления, в режиме меню выберите головку экструдера, в которую планируете осуществить загрузку филамента. Далее выбирается механизм подачи, соответствующий выбранной головке. На данном этапе можно скорректировать длину автоматически загружаемого участка филамента но, т.к. эта настройка входит в ПНР необходимости в этом нет. Полная загрузка филамента в одну головку экструдера осуществляется только с одного механизма подачи. По окончании полной загрузки, некоторое количество филамента выделится в расплавленном виде из сопла головки экструдера.

Следующие этапы предполагают запуск печати, отработка и извлечение готового изделия.

В результате отработки был выявлен самый оптимальный режим, который обеспечивает все необходимые требования по качеству изделия и имеет следующие параметры печати PEEK (ПЭЭК полиэфирэфиркетон) в промышленном 3D принтере:

• -    диаметр сопла=0,6 мм;

• -    высота слоя= 0,2 мм;

• -    температура нагрева сопла экструдера= от 450 до 490С;

• -    температура нагрева рабочего объема принтера=от 230 до 250С;

• -    скорость печати= 24мм/с.

Таким образом, в результате исследования был разработан типовой технологический процесс, включающий в себя рекомендации по выбору материала, оборудования. Так же был выявлен оптимальный режим печати.

Значимость результатов работы заключается в применении технологического процесса для автоматизации производства МКА НК, позволяющих снизить трудоёмкость, повысить производительность, качество выходной продукции и универсальность использования конструкторско-технологических решений под различные задачи заказчика.