Proiect de diplomă [617631]

Proiect de diplomă
11

Cuprins

1. Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 13
2. Aspecte generale privind tehnologia de printare 3D ………………………….. ………………………….. . 15
2.1. Istoricul printări i 3D ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 15
2.2. Procedeul de printare 3D ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 17
2.3. Avantaje ale printări i 3D ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 17
2.4. Tehnologii de printare 3D ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 18
2.5. Specificații Cubepro ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 24
2.6. Materiale utilizate ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 25
3. Studiu cu privire la printarea modelelor 3D ………………………….. ………………………….. …………. 27
3.1. Printarea integrală a modelului 3D ………………………….. ………………………….. ……………………. 27
3.2. Printarea pe componente a modelului 3D ………………………….. ………………………….. …………… 31
4. Studiu de caz (printarea unui model 3D în ambele variante) ………………………….. ……………… 33
4.1. Printarea integrală ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 33
4.2. Printarea pe componente ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 37
4.3. Stabilirea variantei optime ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 41
4.4. Costurile aferente materialului și energiei electrice ………………………….. ………………………….. 44
5. Concluzii, contribuții personale și direcții viitoare de dezvoltare ………………………….. ……….. 47
5.1. Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 47
5.2. Contribuții personale ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 47
5.3. Direcții viitoare de dezvoltare ………………………….. ………………………….. ………………………….. 48
6. Bibliogr afie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 49

Proiect de diplomă
12

Proiect de diplomă
13

1. INTRODUCERE

În domeniul industrial tehnica și tehnologia se schimbă în mod continuu, tehnologia de
prelucrare a evoluat de la etapa sistemelor de fabricație de tip manufacturier în care forța de
muncă era preponderent manuală, până în era sistemelor flexibile în care forța de muncă este
preponderent automatizată. Chiar și în perioada sistemelor flexibile procesul de realizare al
unui reper a rămas aproximativ la fel, ținând cont de faptul că pentru realizarea unui reper
prima dată se pornește de la desenul de execuție, pasul următor fiind alegerea
semifabricatului, iar in final prelucrarea acestuia prin diferite procedee de așchiere pentru a
ajunge la forma dorită.
În vederea economisirii materialului s -a căutat o formă de obținere a piesei dorite fără
a pierde material în urma procedeelor de așchiere. O modalitate de a economisii material este
printarea 3D. Printarea 3D permite realizarea modelului fără a avea pierder i al materialului
sub formă de așchii .
Pentru a demonstra cum funcționează printarea 3D și pentru a se observa mai bine
avantajele si dezavantajele acestui procedeu se realizează, în cadrul acestei lucrări, o printare
a unui braț robotic. Brațul robotic ut ilizat în cadrul acestei lucrări a fost descărcat de pe
www.garbcad.com și modificat astfel încât sa poată fi printat.
Capitolul 2 prezintă definiția printării 3D, precum și un istoric al printării 3D, de la
primul a rticol publicat, până în anul 2014 când printarea 3D a fost introdusă în industria
aerospațială. Explicarea procedeului de printare și o parte din avantajele pe care le are acest
procedeu, tot în acest capitol sunt prezentate tehnologiile de printare. Tot în acest capitol sunt
prezentate și informațiile referitoare la imprimanta pe care se realizează studiul. Un ultim
aspect menționat în acest capitol sunt materialele utilizate de imprimantă.
În capitolul 3 sunt prezentate cele două modalități de printare (printarea pe
componente și printarea în întregime). precum și câteva criterii (poziționarea/orientarea
modelului pe suprafața de lucru a imprimantei, ciclurile de încălzire răcire) de care trebuie să
se țină seamă pentru a se realiza corect printarea.
În ca pitolul 4 este prezentată interfața programului CubePro Trio precum și comenzile
necesare pentru a realiza printarea. Tot în acest capitol se studiază consumul materialului de
susținere, posibilitățile de printare și diferențele referitoare la cantitatea m aterialului, timpul

Proiect de diplomă
14
de printare și costul printării.
În capitolul 5 sunt prezentate concluziile la care s -a ajuns în urma cercetărilor realizate
în cadrul lucrării, precum și contribuțiile personale ale autorului.
Ultimul capitol prezintă câteva direcții v iitoare de dezvoltare ale proiectului, posibile
teme de abordat în cazul continuității cercetării printr -o lucrare de disertație.

Proiect de diplomă
15

2. ASPECTE GENERALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE
PRINTARE 3 D

Procedeul de print are 3D este o dovadă a progresului tehnologic, permițându -le
oamenilor să creeze obiecte din imaginație sau să multiplice anumite obiecte rapid și ușor.
Deși pare un proces simplu, în spatele acestei tehnologii se ascund foarte multe elemente ce
contribuie la obținerea rezultatului final.
În termeni de specialitate, print area 3D se traduce prin prototipare rapidă, fabricare
rapidă sau fabricație aditivă, dar veți auzi majoritatea persoanelor folosind termenul de
printare 3D atunci când se referă la acest proces. [1]

2.1. Istoricul printări i 3D

Imprimarea 3D reprezintă o tehnologie nu atât de nouă pe cât s -ar crede, însă care, în
ultimul deceniu, a devenit din ce în ce mai accesibilă maselor p ermițând și stimulând inovația
și creșterea eficienței în numeroase domenii prin libertatea de proiectare fără preceden t, lipsa
necesității uneltelor, timp și costuri scăzute. [2]
Din punct de vedere istoric, dezvoltarea tehnologiei a început în 1980: Hideo Kodama
de la Institutul Național de Cercetare Industrială din Nagoya a publicat primul articol despre
cum materialel e folosite numite „fotopolymers”, care se întăresc atunci când sunt expuse la
lumina UV , pot fi folosite pentru a produce rapid prototipuri solide. Deși lucrarea sa a pus
bazele tipăririi 3D, el nu a fost primul care a construit o imprimantă 3D.
Această o noare de prestigiu se îndreaptă spre inginerul Chuck Hull, care a proiectat și
a creat prima imprimantă 3D, în anul 1984. Sistemul pe care Hull urma să -l dezvolte,
cunoscut sub numele de stereolitografie, a folosit un fascicul de lumin ă UV pentru a schi ța
forma obiectului dintr -o cuvă cu fotopolimer lichid.
El a depus un brevet asupra tehnologiei, intitulat „Aparatura pentru producerea
obiectelor tridimensionale prin stereolitografie”, în anul 1986. Brevetul său a acoperit multe
aspecte ale tipăririi 3D, inclusiv software -ul de proiectare și operare, tehnici și o varietate de
materiale. [3]

Proiect de diplomă
16
În anul 1989 , Carl Deckard obține brevetul pentru procesul RP de sinterizare cu laser
selectivă (SLS) . Sintetizarea cu laser selectiv reprez intă un nou proces de fabricație aditivă ,
prin sinterizarea strat cu strat de pulb eri non -metalic i (materiale plastice, ceramică, sticlă) cu
ajutorul unui fascicul laser, fără a le topi complet, ci contopindu -se la nivel macromolecular.
Nu după mult timp de la obținerea brevetului, SLS a fost autorizat pentru DTM Inc., și
mai târziu a fost achiziționat de cei de la 3D Systems pentru ca astăzi să fie folosit pe scară
largă pentru producția industrială.
Anul 1989 a fost, de asemenea , anul în care Scott Crump, co -fondator al
STRATASYS Inc., a depus cererea pentru a obține un brevet pent ru un alt tip de tehnologie
de printare 3D, modelare prin extrudare termoplastică (FDM).
Brevetul pentru FDM pentru STRATASYS obținut în 1992 a adus imprimantele 3D în
casele oamenilor de rând datorită simplității procesului: Un material plastic precum PL A sau
ABS era introdus într -un cap de printare fierbinte care topea plasticul, transformându -l într -un
lichid lipicios și vâscos. Imprimanta prelua apoi instrucțiunile de pe un compute r prin
intermediul unui fișier codat și depunea plasticul topit, strat cu strat, până ce întregul obiect
căpăta formă.
Anul 1999 aduce primele progrese în domeniul medical. Primul organ construit într -un
laborator a fost un schelet sintetic acoperit cu pro priile celule ale pacienților și realizat cu
ajutorul imprimantei 3D, a fost implantat unor tineri care necesitau o mărire a vezicii urinare.
Tehnologia dezvoltată de oamenii de știință de la Institutul de Medicină Regenerativă Wake
Forest a deschis ușa d ezvoltării altor strategii de realizare a organelor proiectate, incluzând
chiar printarea acestora. Fiind re alizate cu celulele pacienților, exista un risc foarte mic ca
aceste organe să fie respinse de organism.
Personalizarea în masă a sectorului de pr oducție se realizează în anul 2006, primul
echipament de tip SLS (sinterizare cu laser selectivă) a devenit viabil, ceea ce a dus la
creșterea cererii de fabricare a pieselor industriale. Imprimanta era capabilă să imprime în mai
multe materiale, inclusiv elastomeri și polimeri, permițând și ca o singură parte a produsului
să fie realizată cu o varietate de densități și proprietăți ale materialului.
Primul avion și prima mașină printate 3D au fost realizate în anul 2011, anul printării
cu metale prețioase. Construit în numai șapte zile și cu un buget de 5.000 £, primul aparat de
zbor printat 3D a decolat în 2011 sub supravegherea inginerilor de la Universitatea din
Southampton.
Imprimarea 3D a permis ca avionul să fie construit cu aripi eliptice, ceea ce în mod
normal ar determina costuri mult mai ridicate, dar care ajută la îmbunătățirea eficienței

Proiect de diplomă
17
aerodinamice.
În acela și an, la conferința TEDxWinnipeg din Canada, Kor Ecologic a prezentat
conceptul “Urbee”, un prototip elegant de ma șină ecologic ă printat ă 3D. Proiectat pentru a fi
cât mai eficient , atât din punct de vedere al construirii lui , cât și din punct de vedere al
consumului , Urbee ar fi avut o valoare estimat ă între 10.000 $ și 50.000 $ dacă proiectul ar fi
devenit viabil comercial.
În 2014 SpaceX, o companie privat ă care proiecteaz ă, construie ște și lanseaz ă nave
spațiale și rachete pe orbit a terestr ă de joas ă altitudine, își anun ță inten ția de a construi p ărți
pentru proiectele sale cu ajutorul imprimantelor 3D cu metal și implic ând tehnologia Leap
Motion, bazat ă pe mi șcarea m âinii și căști pentru realitatea virtual ă. [2]

2.2. Procedeul de printare 3D

Pentru a putea realiza un obiect printat 3D trebuie îndepliniți 3 pași:
Primul pas îl reprezint ă modelarea unui obiect în programe de proiectare asistat ă pe
calculator precum: Solidworks, Catia, Inventor. Exist ă și metode mai simple de ob ținere a
acestor modele precum scanarea unui obiect fizic ce se vrea a fi replicat sau descărcarea lor de
pe site -uri precum thingiverse.com sau myminifactory.com. După obținerea modelului, acesta
trebuie importat într-un program . Acesta are rolul de a transpune obiectul în instruc țiuni pe
care imprimantele 3D le po t executa.
Ultimul pas îl reprezint ă trimiterea fi șierului c ătre imprimanta 3D. Aici exist ă mai
multe metode, însă anumite imprimante folosesc tehnologie Wi -Fi și acest lucru se poate
realiza prin simpla ap ăsare a butonului Upload&Print. De asemenea, exist ă și varianta în care
fișierul este copiat pe un card SD ca ulterior acesta s ă fie introdus în imprimant ă. [4]

2.3. Avantaje ale printări i 3D

Privit ă ca un procedeu modern de fabrica ție ce promite transformarea viitorului într-un
mediu sustenabil și personalizat individual, printarea 3D sau fabricați e aditivă pe baza unui
model digital are o serie de avantaje:
• Reducerea costurilor . Costuri le pot fi vizibil reduse prin eliminarea unor etape
preliminare apar ținând procesului de produc ție în serie (mat rițare, șlefuire / a șchiere a
uneltelor necesare ).
• Optimizarea designului . Prototipul dorit poate respecta întocmai orice specifica ții

Proiect de diplomă
18
impuse prin designul ini țial. Inten țiile și așteptările calitative trec din fi șierul CAD
către obiectul final, permi țând modific ări rapide în design.
• Posibilitatea personaliz ării. Obiectele printate 3D pot fi u șor personalizate în stadiul de
model digital, în func ție de o serie de factori: necesit ăți, viitoare a utilizare , caracterul
si cerin țele utilizatorului .
• Redarea la un grad de complexitate ridicat ă. Fiecare strat de material pe care
imprimanta îl depune pe suprafa ța de printare este realizat secven țial, ceea ce permite
crearea unor structuri interne complexe care prin modalit ățile de fabricare tradiționale
nu ar fi p osibile .
• Scăderea timpului de produc ție. Modelele produse prin prototipare rapid ă pot fi
fabricate în doar c âteva ore sau zile, implic ând efectiv durata de printare a imprimantei
în func ție de complexitatea modelului .
• Economia de material . Printarea 3D permite o produc ție limitat ă și la comand ă,
consumul de material fiind punctual, în func ție de proiect, f ără pierderi în exces.
• Promovarea principiului sustenabilit ății. Procesul de printare 3D este considerat de
unele persoane din domeniu dre pt sf ârșitul trendului “ uzuri i morale planificate ”.
Produsele pot fi f ăcute la comand ă, în func ție de necesit ăți și ușor de reciclat datorit ă
materialelor versatile. [5]

2.4. Tehnologii de printare 3D

Ca în orice procedeu de fabricație aditivă și în Fused deposition modeling (modelare
prin extrudare termoplastică) se pleacă de la modelul digital tridimensional al obiectului de
fabricat. Fi șierul în format STL al obiectului, verificat și corectat în prealabil pentru a evita
erorile, este importat în software -ul ma șinii.
Obiectul este construit pe o platformă (figura 2.4), în func ție de modelul de ma șină
utilizat, mi șcările necesare formării f iecărui strat fiind realizate de capul de extrudare și/sau de
platformă, de exemplu platforma deplasabilă pe axa z, capul de extrudare deplasabil pe axele
x și y sau platforma deplasabilă pe axele x și y, capul de extrudare deplasabil pe z.

Proiect de diplomă
19

Fig.2.4. Principiul tehnologic al modelării prin extrudare termoplastică [6]

Capul de extrudare poate avea o singură duză care depune material , sau două duze care
depun rândurile de material pentru piesă și pentru structura suport. Filamentul de material este
extrudat în stare semi -topită, rândurile și apoi straturile de material aderând unele la altele
până la formarea completă a obiectului. Pentru a ob ține o precizie ridicată de fabricare a
obiectului, mi șcarea de înaintare a filamentului de material în capul de extrudare trebuie să fie
cuplată cu mi șcarea capului de extrudare, astfel încât în timpul accelerării/decelerării la
deplasare a pe traiectoriile de depunere, grosimea filamentului să poată fi men ținută constantă.
Dacă diametrul filamentului variază și/sau filamentul alunecă printre role, rezultă o curgere
insuficientă și astfel apar defecte (goluri) în piesă.
În FDM se construiesc structuri suport de bază pentru a evita depunerea primului strat
de ma terial al piesei direct pe platformă, pentru a asigura că primul strat de material depus
este orizontal . Structurile suport sunt fabricate ca ni ște coloane cu pere ți sub țiri, putând fi
eliminate u șor, fără deteriorarea piesei. [6]
Materialul suport se îndep ărteaz ă prin rupere sau se dizolv ă într-o solu ție de detergent
și apă, în func ție de materialul utilizat pentru printarea suportului , după acest procedeu piesa
fiind gata de utilizare. [7]
Stereolitografia este o tehnologie de prototipare rapid ă utilizat ă la scar ă largă în
mediul industrial pentru realizarea matri țelor, modelelor și chiar a componentelor func ționale.

Proiect de diplomă
20
Stereolitografia implic ă utilizarea unui fascicul laser cu lumin ă ultraviolet ă pentru
solidificarea unei r ășini fotopolimerice lichide aflat ă în cuva de construc ție a imprimantei.
Sub ac țiunea luminii laser ultraviolet ă această rășină se solidific ă în straturi succesive ,
obținându-se astfel modelul solid 3D prezentat în figura 2.5.

Fig.2.5 . Principiul tehnologic al S tereolitografi ei [8]

Modelul 3D dorit este feliat ini țial în sec țiuni transversale pe care fasciculul laser o
traseaz ă pe suprafa ța rășinii lichide. Expunerea la lumin ă laser ultraviolet ă solidific ă modelul
trasat pe r ășina lichid ă, rezultând un strat solid construit (printat 3D) care se adaug ă la stratul
precedent construit.
După finalizarea construc ției, modelul 3D ob ținut este imersat într-o baie chimic ă
separat ă, pentru îndep ărtarea excesului de rășină, după care este tratat într-un cuptor cu
radia ții ultraviolete pentru întărirea final ă. [9]
Tehnologia de printare Expunere Digitală a Luminii (Digital Light Processing)
reprezintă un proces de fabricare aditivă bazat pe utilizarea luminii UV pentru solidificarea
unor rășini polimerice lichide. Dezvoltată de Texas Instruments, tehnologia Expunere Digitală
a Luminii are ca element principal cipul DMD (Digital Micromirror De vice) – o matrice de
micro -oglinzi folosite pentru modularea spa țială rapidă a luminii . Principiul tehnologic al

Proiect de diplomă
21
acestui proces de fabricație este prezentat în fig ura 2.6.
Pentru fiecare secțiune transversală a modelului 3D CAD, lumina UV emisă de un
proiector este modulată și proiectată prin intermediul cipului pe suprafaț a rășinii polimerice
aflate în cuva de construcție. Fiecare micro -oglindă individuală a cipului DMD proiectează
pixeli din secțiunea transversală a modelului 3D. Sub acțiunea luminii UV, rășina lichidă
fotoreactivă (sensibilă la lumina ultravioletă) se solidifică în straturi succesive. [9]

Fig.2.6 . Principiul tehnologic al E xpuner ii Digitală a Luminii [10]

Sinterizarea selectivă cu laser este o tehnologie neconvențională de fabricare , care
folose ște un laser de mare putere pentru a duce la fuzionarea unor granule ale unor pulberi din
plastic, ceramică, sticl a transformându -se în obiect 3D , acest principiu fiind prezentat în
figura 2.7 .
Piesa se obține , practic , scanându -se strat după strat, în secțiuni transversale alcătuite
dintr -un așternut de pulbere. După fiecare secțiune transversală scanată, așternutul de pulbere
este refăcut, un nou s trat de material es te aplicat în partea de sus, iar procesul se repetă până
când piesa este finalizată .
Tehnologia SLS este folosită pe scară largă în întreaga lume, datorită capacității sale
de a ob ține geometrii foarte complexe, direct de la forma digitală rezultată prin CAD. De și a

Proiect de diplomă
22
început ca o modalitate de a construi piese de tip prototip la începutul ciclului de proiectare,
este tot mai utilizată în fabrica ție pentru produc ția de piese. [11]

Fig.2.7 . Principiul tehnologic al Sinteriz ări cu Laser Selectivă [12]

Printarea Tridimensională 3DP implică utilizarea tehnologiei de printare injket pentru
solidificarea unei pulberi introdusă în camera de construcție (fabricare) a imprimantei, prin
lipirea particulelor cu ajutorul unui material liant. Principiul tehnologic al unei astfel de
imprimante este prezentat în figura 2. 8.

Fig.2. 8. Principiul tehnologic al Printăr ii Tridimensional e [13]

Proiect de diplomă
23

Inițial, modelul 3D CAD este convertit în secțiuni transversale (felii) ale obiectului,
trimise apoi imprimantei. Un strat subțire de pulbere este introdus în platforma de construcție,
după care est e întins, distribuit și comprimat uniform cu ajutorul unei role speciale. Capul de
printare aplică apoi jetul de material liant urmând structura (felia) proiectată a modelului 3D
și rezultând astfel un layer (strat) al obiectului 3D din pulbere solidificat ă cu liant. Odată ce
un strat este finalizat, platforma de construcție coboară cu exact grosimea unui strat, după care
procesul de printare este reluat . [13]

Tehnologia de printare 3D PolyJet Printing (Printare PolyJet cu Fotopolimeri ) este o
altă tehnologie de fabricare aditiv ă, similar ă oarecum cu stereolitografia (SLA) deoarece
utilizeaz ă tot foto-solidificarea unui fotopolimer lichid. Tehnologia PolyJet este însă similar ă
și cu tehnologia de printare inkjet obi șnuită. Spre deosebire de impriman tele de birou care
pulverizează un jet de cerneal ă, printerele 3D PolyJet emit un jet de fotopolimeri lichizi care
sunt ulterior întăriți la lumina UV. Principiul tehnologic al acestei imprimante este reprezentat
în figura 2.9.

Fig.2.9. Principiul tehnologic al Printări i Polyjet cu Fotopolimeri. [14]

Modelul 3D CAD este ini țial convertit în sec țiuni transversale (felii) ale obiectului și

Proiect de diplomă
24
transmise apoi imprimantei. Capul de printare pulverizează un jet de fotopolimeri lichizi cu
care p roiecteaz ă o sec țiune trans versal ă extrem de sub țire pe platforma de construc ție. Aceast ă
secțiune este apoi întărită cu ajutorul luminii UV, dup ă care procesul se repet ă strat dup ă strat
creând modelul 3D final. Modelele complet întărite pot fi manipulate și utilizate imediat, fără
opera ții suplimentare de post -procesare.
În cazul geometriilor complicate sau al consolelor, imprimanta utilizeaz ă un material
suport de consisten ță similar ă gelului, ca sus ținere a geometriei. Acesta poate fi ulterior
îndepărtat manual cu ajutorul unui jet de ap ă. [14]

2.5. Specificații Cubepro Trio

Imprimanta folosită pentru realizarea comparației ce urmează a fi prezentată în
lucrarea de licență este cea din figura 2.10 , Cubepro Trio. Imprimanta Cubepro Trio asigură o
printare controlată, acuratețe îmbunătățită cât și calitate constantă în printare extrem de
importantă în cazul printurilor de dimensiuni mai mari. Imprimanta utilizeaz ă tehnologia de
extrudare t ermoplastic ă a unui filament de ABS sau PLA, ace asta fiind cea mai folosit ă
tehnologie de printare 3D datorit ă simplit ății și a accesibilit ății oferite. [15]

Fig.2.10. Imprimanta Cubepro Trio [16]

Dimensiunile imprimantei sunt: 566.7 (lățime) x 606.4 (înălțime) x 581.0 (lungime)
mm și cântărește 44 kilograme. Toleranțele teoretice la printare pe axele X și Y sunt ± 1% din

Proiect de diplomă
25
dimensiune sau ± 0.2mm în funcție de care are valoarea mai mare, iar pe direcția Z ± jumătate
din rezoluția proces ată. Viteza maximă de printare este de 15mm/s depinzând de materialul
utilizat. Temperatura maximă obținută în procesul de printare este de 280 °C. [16]

2.6. Materiale utilizate.

Majoritatea materialelor sunt diverse tipuri de plastic sau derivate din plastic. Acestea
sunt polimeri cu diferite propriet ăți pentru a avea o gam ă largă de utiliz ări. Probabil a ți mai
auzit expresia “plastic biodegradabil” . Cei ce printeaz ă 3D o folosesc destul de des pentru c ă
cel mai r ăspândit material pentru p rintare este acidul polylactic (fig.2.11 .) sau PLA pe scurt,
un biopolimer derivat din amidon. Iar amidonul , la rândul s ău, se ob ține din porumb, trestie,
cartofi, etc. Din p ăcate, reciclarea PLA -ului este mai dificil ă, dar totu și este un plastic
biodegradabil. Chiar și pentru piese mai mari, acestea se vor dizolva în decurs de c âțiva ani.
PLA -ul prezint ă propriet ăți foarte bune pentru printarea 3D și anume:
• oferă o suprafa ță curat ă a obiectelor
• nu scoate fum sau miros în timpul print ării
• se printeaz ă la o temperatur ă relativ sc ăzută între 190 -220° C
• la temperaturi normale prezint ă o rezisten ță bună
Principalul dezavantaj pe care îl deține acest material este c ă nu poate fi folosit în
aplica ții unde exist ă surse de c ăldură.[17]

Fig.2.11.Varietatea de culori a PLA -ului [18]

Acrilonitril butadien stiren (ABS) (fig.2.12) este un polimer deosebit de versatil folosit
în foarte multe industrii și manifest ând o varietate de propriet ăți. În printarea 3D, ABS -ul este
un plastic dur, rezistent la temperaturi înalte și cu u șoară flexibilitate ceea ce ajut ă la

Proiect de diplomă
26
realizarea obiectelor ce necesit ă îmbinare. Este solubi l în aceton ă, cu ajutorul unei pensule
îmbibat ă în aceton ă, suprafe țele pot fi u șor finisate, devenind lucioase, iar diversele p ărți ale
unui obiect se pot lipi între ele. Con ține, în compozi ția sa, petrol. La dimensiuni mari, prezint ă
risc de deformare. [19]

Fig.2.12. Varietatea de culori a ABS -ului [18]

Față de PLA, ABS -ul este mai rezistent at ât mecanic, c ât și termic și este folosit în
general pentru piese ce au nevoie de o rezisten ță moderat ă. Din punct de vedere al print ării
3D, necesit ă temperaturi de aproximativ 235 -260° C. Problema este c ă în timpul pr intării
eman ă un miros nepl ăcut de plastic ars. [17]

Proiect de diplomă
27

3. Studiu cu privire la printarea modelelor 3D

Orice model care se încadrează în limitele imprimantei poate fi printat în două moduri.
Cele două moduri prin care se poate realiza printarea unui model pe imprimanta Cubepro Trio
sunt: printarea integrală a modelului și printarea pe segmente. Fiecare din aceste metode are
avantaje și dezavantaje , care vor fi menționate în subcapitolele următoare.

3.1 Printarea integrală a modelului

Acest subcapitol prezintă importanța orientării corecte a modelului pe platforma
imprimantei. Datorită procedeului de printare (FDM) utilizat pentru realizarea studiului ce
urmează a fi efectuat , orientarea piesei are o importanță majoră .
Un dezavantaj al acestui tip de printare care este imposibil de anticipat și duce la
pierderea modelului este întreruperea curentului electric
Orientarea piesei este foarte importantă , atât din punct de ve dere al costurilor , care pot
fi reduse prin realizarea modelului utilizând cât mai puțin material de susținere sau eliminând
structura de susținere și prin reducerea timpului total de fabricare, care este format din timpul
de depunere al materialului de bază și a materialului din structura suport, timpul de deplasare
al duzei și/sau a platformei atunci când nu se depune material si timpul necesar pentru
eliminarea structurilor suport. Alți factori care depinde de orientarea piesei sunt: calitatea
suprafețelor, precizia dimensională și de formă, caracteristicile mecanice. Importanța
orientării se poate observa foarte bine în imaginea 3.1. [6]
1. Materialul de susținere
În procedeul de modelare prin extrudare termop lastică printarea modelelor se poate
face folosind material de susținere. Poziția și volumul acestuia nu depinde doar de forma
geometrică a obiectului de printat, ci și de orientarea acestuia pe masa imprimantei . Dacă
volumul materialului de susținere (de culoare roșie, din figura 3.1) este prea mare acesta
necesită mai mult timp pentru a fi eliminat. Datorită faptului că suprafețele care intră în
contact cu materialul de susținere au o rugozitate mai mare și că pot afecta negativ calitatea
suprafeței este de dorit ca volumul materialului de susținere să f ie cât mai mic. [20]

Proiect de diplomă
28

Fig.3.1. Importanța orientării

Imaginea 3.1 prezintă un model simplist, orientat diferit pe masa imprimantei. În
partea stânga modelul este orientat astfel încât pentru printarea lui se utilizează doar material
de bază și material suport. În partea dreaptă același model, dar orientat diferit pe masa
imprimantei necesită utilizarea materialului de susținere, acest lucru influențând creșterea
consumului de material de la 16 ,8 grame la 21,51 grame, totodată crescând și timpul de
printare de la 1 oră și 1 minut la 3 ore și 13 minute
2. Ciclurile de încălzire -răcire .
Cicluri de încălzire -răcire înseamnă mișcarea capului de extrudare de la structura
modelului la jgheabul de îndepărtare rezidurilor de material . Acest lucru influențează în mod
direct timpul de printare al unui model , dacă piesa are o structură mai complexă iar pentru
printarea ei este nevoie ca imprimanta să utilizeze material de susținere și poziționarea este
una care să necesite mai multe cicluri de încălzire -răcire , după cum se poate observa și în
secțiunea din figura 3. 2, timpul necesar acelei printări se va mări .

Proiect de diplomă
29

Fig.3. 2. Secțiunea piciorului robotic

În secțiunea 3.2 se poate observa depunerea straturilor de material. Pentru realizarea
acestui model imprimanta va face mai multe cicluri de topire -răcire , ceea ce va însemna o
creștere a timpului de printare
Orientarea piesei în FDM trebuie să țină seama de deformațiile care apar din cauza
ciclurilor de încălzire -răcire a filamentelor de material. Dacă piesa este așezată pe masa
mașinii de printat , având suprafața din plan orizontal mai mare decât suprafața din plan
vertic al, modelul poate să înregistreze goluri sau să aibă o interfață slabă, deoarece un rând de
material depus se răcește până la depunerea rândului adiacent și astfel nu mai aderă unul la
altul. [6]
3. Structura suport
În procedeul de modelare prin extrudare termoplastică se construiesc structuri suport
de bază pentru a evita depunerea primului strat de material al piesei direct pe platformă și
pentru a asigura că primul strat de material depus este plan. Structurile suport sunt fabricate ca
niște coloane cu pereți subțiri, având o interfață mai s labă comparativ cu materialul depus
pentru piesă, putând fi îndepărtat ușor fără deteriorarea piesei , după cum se poate observa și în
figura 3.3. [7]

Structura suport nu are un impact la fel de mare asupra procesului de printare precu m
o are orientarea modelului și ciclurile de încălzire răcire, diferențe de material și durata

Proiect de diplomă
30
diferită de timp apar și datorită perimetrului structuri suport după cum se poate observa și în
imaginea următoare.

Fig.3.3 . Structura suport

Poziția 1 prezintă paralelipipedul dreptunghic așezat orizontal pe masa imprimantei.
Poziția 2 prezintă paralelipipedul dreptunghic așezat în poziție verticală pe masa impri mantei.
Deși este aceeași piesă, diferența de material de 0,13 grame dintre cele două poziții se
datorează perimetrului structurii suport , acest lucru modificând și timpul de printare, de la 1
oră și 3 minute pentru printarea în poziția 1, la 1oră și 22 de minute pentru printarea în poziția
2.

3.2 Printarea pe componente a model ului 3D

Proiect de diplomă
31
Printarea modelului pe componente care ulterior vor fi asamblate înlătură în mare
parte dezavantajele menționate în subcapitolul 3.1, dar ridică alte provocări care constau în
modificarea modelului 3D inițial (împărțirea pe componente) proiectarea cuplajelor dintre
elementele componente și ulterior asamblarea componentelor printate. Figura 3.4 prezintă
modelul din figura 3.1 împărțit pe componente. Pentru ca aceste componente să fie asamblate
ulterior , acestea au fost modificate pentru a fi prevăzu te cu elemente de asamblare evidențiate
și în figura 3.4.

Fig. 3.4. Împărțirea pe componente

Se poate recurge la această metodă dacă modelul printat fie este mai mare
decât spațiul de lucru al imprimantei , fie este un model de complexitate medie sau
mare. În cazul unui model simplu (figura 3.4) , printarea pe componente nu se justifică
deoarece timpul de printare poate înregistra o creștere semnificativă.

Proiect de diplomă
32

Fig. 3. 5. Printarea pe componente

Indiferent de situație printarea pe componente este urmată întotdeauna de
asamblare, în vederea asamblării trebuie prevăzute suprafețe conjugate cere intră în
contact și între care se formează diferite tipuri de ajustaje.
Supli mentar sau alternativ se pot utiliza diferiți adezivi pentru consolidarea
respectiv realizarea asamblării. Un exemplu în acest sens este prezentat în figura . 3.5.
Sunt evidențiate suprafețele utilizate pentru asamblare și faptul că în acest caz
materialul de susținere este inexistent.

Proiect de diplomă
33

4. Studiu de caz (printarea unui model 3D în ambele variante)

Acest capitol studiază consumul materialului de susținere utilizat de imprimantă
pentru a putea printa obiectul dorit. Studiul include posibilitățile de printare în mai multe
poziții, precum și comparația dintre printarea modelului în întregime și printare a acestuia în
mai multe fragmente, urmând ca acestea să fie asamblate ulterior pentru a forma modelul.
Ansamblul pe care se realizează studiul este un braț robotic folosit pentru operații de
manipulare evidențiat în figura 4.1. Acesta este doar un concept având o structură simplistă.
Pentru a evidenția cele 2 metode de printare și diferențele dintre acestea am introdus
un studiu de caz care are ca principal scop printarea modelului 3D al unui robot și analiza
comparativă a rezultatelor.
Pentru a evidenția mult mai bine consumul materialului de susținere utilizat în cele
două tipuri de printare se introduce noțiunea de grad de utilizare a materialului
(G.U) . Gradul de utilizare al materialului arată cât la sută din totalul de material utilizat pentru
printa rea modelului este material de susținere.

4.1 Printarea integrală

Studiul urmărește printarea brațului robotic corect din punct de vedere constructiv,
poziționarea modelului pentru a diminua sau elimina consumul materialului de susținere și
pentru a preveni defectele de suprafață (bavurile cauzate de structurile suport, efectul de
scară) și defecte le de interior (goluri interne, umplerea incompletă) care pot apărea în urma
printării.
Printarea brațului r obotic se realizează pe imprimanta CubePro Trio, care utilizează
tehnologia de printare FDM (modelare prin extrudare termoplastică) . Pentru realizarea
modelului se va folosi ABS de culoare albastră, care se regăsește în structura brațului robotic
și ABS de culoare roșie folosit pentru structura de susținere .

Proiect de diplomă
34

Fig.4.1. Programul CubePro Trio

Poziționarea brațului robotic se face accesând comanda „rotate geometry ” din bara de
instrumente . Poziționarea modelului se face apăsând pe săgețile specifice fiecărei axe.
Dimensiunile modelului pe fiecare axă și poziționarea lui pe axele x și y sunt afișate în partea
stângă, în căsuța 3d Model . Toate acestea fiind evidențiat e în imaginea 4.1.
a. Printarea în jurul axei z

Fig.4.2. Printarea în jurul axei z

Varianta „a” prezintă brațul robotic printat în poziția lui firească de funcționare, după
cum se poate observa și în figura 4.2, această metodă de printare utilizează un consum al
materialului de bază de 31,72 grame, materialul de susținere având un consum de 24,70

Proiect de diplomă
35
grame. Această variantă are un consum total de material de 56,41 grame cu un timp de
printare de 11 ore și 52 de minute . Gradul de utilizare al materialului de susținere este de
43,78% din totalul de material utilizat pentru printarea brațului robotic în această poziție.
b. Printarea în jurul axei y și cu o rotație de 180°

Fig.4.3. Printarea în jurul axei y cu o rotație de 180°

În varianta „b” modelul este printat în întregime, brațul robotic este așezat în plan
orizontal pe una dintre cele două fețe. Pentru acest tip de printare imprimanta folosește o
cantitate de 31,31 grame a materialului de bază și o cantitate de 36,74 grame a materialului
folosit pentru materialul de susținere . Printarea în această poziție utilizează un consum total
de material de 68,06 grame și un timp de lucru de 11 ore și 22 de minute. Se constată că în
varianta b , pentru a se realiza brațul robotic , se utilizeaz ă 53,98 % material de susținere din
totalul de material utilizat.
c. Printarea în jurul axei y

Fig.4.4. Printarea în jurul axei y

Proiect de diplomă
36
Varianta „c” prezintă brațul robotic printat în întregime în plan orizontal pe fața opusă ,
de aceast ă dată imprimanta înregistrează un consum al materialului de bază , evidențiat în
figura 4.4 de 31,66 grame . Consu mul materialului de susținere este de 21,44 grame ceea ce
indică o scădere a materialului de susținere comparativ cu variantă „b”. Pentru această
variantă de printare consumul total de material rezultat în urma printări este de 53,10 grame,
iar timpul de lucru al imprimantei este de 8 ore și 35 minute . Material ul de susținere
înregistrează un consum de 40,37% din tot alul de material folosit la acest tip de printare .
d. Printarea în jurul axei y cu o rotație de 90°

Fig.4.5. Printarea în jurul axei y cu o rotație de 90

Varianta „d” prezintă brațul robotic din figura 4 .5 printat în plan vertical. În aceas tă
poziție printarea se realizează cu un consum de material total de 48,63 grame, din care
materialul de susținere înregistrează un consum de 17,66 grame. Materialul de bază, regăsit în
structura brațului robotic, are un consum de 30,98 grame. Gradul de utilizare al materialului
de susținere este de 36,31% din totalul de material utilizat la acest tip de printare. Timpul de
lucru la această printare este de 9 ore și 6 minute.

. Diferențele mici de cantitate a materialului de bază din cele patru variante este redată
orientarea modelului și faptul că pentru realizarea modelului prima dată se depune un strat
aderent de material pe masa mașinii pentru a se fixa modelul . Din cauza orientări i modelului
pe masa imprimatei perimetrul materialului de susținere diferă de la o poziționare la alta ceea
ce implicit înseamnă și o modificare a consumului de material.

Proiect de diplomă
37

Tabel 4.1. Comparația celor patru variante

Criterii
Varianta a
Varianta b
Varianta c
Varianta d
Valoare
optimă
Total material
[g] 56,41 68,06 53,10 48,63 48,63
Material de
susținere
[g] 24,70 36,74 21,44 17,66 17,66
Material de bază
[g] 31,72 31,31 31,66 30,98 30,98
G.U al
materialu lui de
susținere
[%] 43,78 53,98 40,37 36,31 36,31
Timp de printare
[h] 11:52 11:22 8:35 9:06 8:35

G.U= gradul de utilizare.
După analiza celor patru variante de printare a brațului robotic în întregime am ajun s
la concluzia că varianta „d” este varianta optimă din punct de vedere al consumului de
material de susținere. Chiar da că această variantă are un ti mp de realizare a printări i puțin mai
mare (9 ore și 6 minute) comparativ cu varia nta „c” (8 ore și 35 de minute) , acest lucru se
datorează orientării modelului și depuneri i materialului în straturi în timpul printăr ii.
Din punct de vedere al costurilor cu materialul și diferența relativ mică de timp dintre
varianta „c” și varianta „d” , dar cu o durată de printare semnificativ mai mică față de celelalte
două variante („a” și „b”), rezultă faptul c ă varianta „d” este varianta optimă de printare a
modelului în întregime.

4.2 Printarea pe componente

Datorită structurii complexe și pentru a preveni defectele menționate în subcapitolul

Proiect de diplomă
38
4.1, sau pentru a împiedica erorile greu de anticipat care se pot transmite modelului final ,
studiul se va realiza printând brațului robotic în mai multe fragmente. La fel ca și în
subcapitolul 4.1 și de această dată se urmărește consumul materialului din struct ura suport.
Printarea componentelor brațului robotic se v-a realiza din același material (ABS).
Materialul de bază de culoare albastră și materialul de susținere de culoarea roșie. La final se
v-a alege varianta optimă de printare prezentată în cele două subcapitole , 4.1 și 4 .2. Varianta
optimă v -a ține cont și de timpul de printare, dar factorul decizional v -a fi stabilit în funcție de
consumul de material. Deci funcția obiectiv a optimizării este consumul de material și
secundar timpul aferent printării .
Asamblarea componentelor brațului robotic este asamblare cu ajustaj intermediar
format între cepurile prezentate în figura 4.6 și alezajele corespunzătoare acestora.

Fig.4. 6. Asamblarea brațului robotic

Proiect de diplomă
39

a. Placa de susținere robot

Fig.4.7. Placa de susținere robot

Imaginea 4.7 prezintă suportul brațului robotic printat. Pentru printarea acestei
componente n u este nevoie de utilizarea materialului pentru susținere , singurul consum
înregistrat la această operație este de 16,10 grame al materialului de bază. Printarea suportului
având o durată de 1 oră și 2 minute. Consumul total de material ut ilizat pentru această
operație este de 16,10 grame.
b. Picior de susținer e robot

Fig.4.8. Picior de susținere robot

Pentru printarea piciorului de susținere din fig.4.8 s-a analizat fiecare poziționare a
acestuia pentru a obține o printare cu un consum al materialului cât mic și cu o durată de timp
scăzută. După această analiză am ales varianta optimă cu un consum al materialului de 9,29
grame , din care materialul de sus ținere înregistrează un consum de 0,75 grame. Pentru
realizarea piciorului , imprimanta a folosit 8,54 grame din materialul de bază , printarea a fost
realizată în 2 ore și 7 minute Gradul de utilizare al materialului de susținere este de 8,07% .

Proiect de diplomă
40
c. Componen ta 1 a brațului robotic

4.9. Componenta 1 a brațului robotic

La fel ca și în cazul printării piciorului de susținere prezentat în fig.4.8, varianta
optimă de printare pentru fig.4.9 a fost aleasă după verificarea tuturor pozițiilor de printare
pentru a determina consumul minim de material de susținere. Aceast ă variantă de printare a
componentei s-a realizat cu un consum al material ului total de 4,63 grame , din care 4,17
grame reprezint ă consumul materialul ui de bază și 0,46 grame reprezintă consumul
materialului de susținere , după cum se poate observa și în figura 4.9. Timpul necesar pentru
realizarea acestei printării este de o oră . Gradul de utilizare al materialului de susținere pentru
această printare este de 9,93%.
d. Componenta 2 a brațului robotic

Fig.4.10. Componenta 2 a brațului robotic

Modelul reprezentat în figura 4.10. a fost printat folosind un total de material de 5,39
grame și cu un consum al materialului de susține de 0,25 grame, care reprezintă 4,63% din
totalul materialului utilizat. Materialul regăsit în structura componentei a înregistrat un
consum de 5,14 gram e. Timpul de printare necesar pentru a finaliza această componentă a fost
de o oră și un minut.

Proiect de diplomă
41
e. Component a de susținere a prehensorului

Fig.4.11. Componenta de susținere a prehensorului

Printarea componente i prezentată în fig.4.11 s-a realizat în 39 de minute , cu un
consum al material ului total de 3,33 grame, din care materialul de susținere înregi strează un
consum de 0,17 grame . Pentru acest tip de printare gradul de utilizare al materialului de
susținere este de 5,10 % din totalul de material .

4.3 Stabilirea variantei optime

Tabel 4.2. Date generale
Material
de bază
[g] Material
de
susținere
[g] Totalul de
material
[g] G.U. al
materialului de
susținere
[%] Timp de
printare
[h]
Suport braț
robotic 16,10 0 16,10 0 1:02
Picior de
susținere 8,54 0,75 9,29 8,07 2:07
Component a 1 4,17 0,46 4,63 9,93 1:00
Componentă 2 5,14 0,25 5,39 4,63 1:01
Component a
de susținere a
Prehensorului 3,16 0,17 3,33 5,10 0:39
Total material
utilizat 37,11 1,63 38,74 4,20 5:49

Proiect de diplomă
42

G.U= gradul de utilizare
După cum se poate observa și în tabelul 4.2 date generale , această variantă de printare
a permi s realizarea tuturor componentelor brațului robotic cu un total de material de 37,11
grame . Totalul materialul de susținere folosit de impri mată fiind de 1,63 grame , ceea ce indică
un grad de utilizare al materialului de susținere doar de 4,20%. Pentru realizarea tuturor
componentelor , imprimanta a avut nevoie de 5 ore și 49 de minute.
Tabelul 4.3 arată diferențele dintre cele două tipuri de printare. După cum se poate
observa și în tabel, materialul de susținere , care este un factor de importanță majoră în
alegerea tipului de printare , înregistrează o scădere considerabilă la printarea brațului ro botic
pe componente față de printarea acestuia în întregime . Acest lucru se transmite în mod direct
totalului de material utilizat pentru realizarea modelului. Un alt factor esențial în alegerea
tipului de printare este durata de realizare a modelului. Aic i la fel ca și în cazul celorlalți
factori , înscriși în tabelul 4.3, timpul de printare este redus cu 36,08% în cazul printări i
brațului robotic pe componente.

Tabel 4.3. Comparația între cele doua tipuri de printare
Material de
bază
[g] Material de
susținere
[g] Totalul de
material
[g] G.U. de
utilizare al
materialului
de susținere
[%] Timp de
printare
[h]
Varianta
optimă de
printare în
întregime 30,98 17,66 48,63 36,31 9:06
Printarea pe
segmente 37,11 1,63 38,74 27,73 5:49

G.U=gradul de utilizare
Pentru a putea realiza modelul prin metoda de printare în întregime , timpului efectiv
de printare de 9 ore și 6 minute i se adaugă timpii de pregătire și de îndepărtare a modelului :
1. timpul pentru pregătirea platformei: 30 de secunde.
2. timpul de îndepărtare al modelului de pe platformă: aproximativ 30.

Proiect de diplomă
43
Timpul total de realizare al modelului prin metoda de printare în întregime este de 9
ore și 7 minute.
Chiar dacă timpul efectiv de printare este de 5 ore și 49 minute la printarea pe
componente i se adaugă următorii timpi:
1. timpul de modificare a modelului 3D în vederea împărțiri pe componente : aproximativ
30 de minute
2. timpul pentru pregătirea platformei : 30 de secunde pentru fiecare piesă
3. timpul de îndepărtare al componentei de pe plat formă : aproximativ 30 secunde pentru
fiecare piesă
4. timpul pentru curățirea platformei : aproximativ 60 secunde pentru fiecare piesă
5. timpul pentru asamblare : aproximativ 5 minute
După adunarea tuturor timpilor amintiți mai sus împreună cu timpul total de realizare a
modelului pe componente am obținut timpul total de 6 ore și 34 de minute . Chiar și după
adunarea acestor timpii, metoda de printare pe componente este metoda mai avantajoasă.

Fig.4.12. Comparația dintre c ele două tipuri de printare

Graficul prezentat în figura 4.12 arată diferențele finale dintre cele două tipuri de
printare atât din punct de vedere al consumului de material cât și din punct de vedere al
timpului, de data aceasta fiind inclus și timpul d inaintea printări și după printare.

Proiect de diplomă
44

4.4. Costurile aferente materialului și energiei electrice

În urma comparației pe bază de material utilizat și timp realizată în subcapitolul 4.3, s –
a decis corelarea cu date privitoare la costuri. Se va tine seamă doar de costul aferent
materialului de printare și costul cu energia electrică. Obiectivul acestei corelări este de a
vedea dacă cea mai bună metodă de printare a modelului robot este și cea mai ieftină din acest
punct de vedere.
Datele de intrare:
-prețul pe gram al materialului calculat pe baza prețului de achiziție a unui cartuș conținând
900 de grame de mat erial la prețul de 372 ,56 lei
-prețul pe kWh al principalului furnizor de energie electrică din România (0,27 lei /kWh)
-consumul imprimantei 0,75 kWh
Prețul materialului pe gram .
𝑃𝑔𝑟=𝐶𝑐
𝑄𝑚=372 ,56
900 =0,41 lei/g (4.1)
1. Printarea în întregime .
a) Costul materialului de bază .
𝐶𝑚𝑏=𝑃𝑔𝑟∗𝐺𝑟𝑚𝑎𝑡 =0,41∗30,98=12,70 𝑙𝑒𝑖 (4.2)
b) Costul materialului de susținere .
𝐶𝑚𝑠=𝑃𝑔𝑟∗𝐺𝑟𝑚𝑎𝑡 =0,41∗17,66=7,23 𝑙𝑒𝑖 (4.3)
c) Costul total al materialului.
𝐶𝑡 𝑚𝑎𝑡 =𝑃𝑔𝑟∗𝐺𝑟𝑚𝑎𝑡 =0,41∗48,63=19,93 𝑙𝑒𝑖 (4.4)
d) Costul energiei electrice.
𝐶𝑒=𝑐𝑖∗𝑑∗𝑃𝑒=0,75∗9,1∗0,27=1,84 𝑙𝑒𝑖 (4.5)
e) Costul total.
𝐶𝑡=𝐶𝑡 𝑚𝑎𝑡 ∗𝐶𝑒=19,93+1,84=21,77 𝑙𝑒𝑖 (4.6)
2. Printarea pe componente
a) Costul materialului de bază .
𝐶𝑚𝑏=𝑃𝑔𝑟∗𝐺𝑟𝑚𝑎𝑡 =0,41∗37,11=15,25 𝑙𝑒𝑖 (4.7)
b) Costul materialului de susținere .
𝐶𝑚𝑠=𝑃𝑔𝑟∗𝐺𝑟𝑚𝑎𝑡 =0,41∗1,63=0,66 𝑙𝑒𝑖 (4.8)
c) Costul total al materialului.
𝐶𝑡 𝑚𝑎𝑡 =𝑃𝑔𝑟∗𝐺𝑟𝑚𝑎𝑡 =0,41∗38,74=15,91 𝑙𝑒𝑖 (4.9)

Proiect de diplomă
45
d) Costul energiei elect rice.
𝐶𝑒=𝑐𝑖∗𝑑∗𝑃𝑒=0,75∗5,81∗0,27=1,17 𝑙𝑒𝑖 (4.10)
e) Costul total.
𝐶𝑡=𝐶𝑡 𝑚𝑎𝑡 ∗𝐶𝑒=15,91+1,17=17,08 𝑙𝑒𝑖 (4.11)
Unde:
𝑃𝑔𝑟-prețul pe gram [lei/gr]
𝐶𝑐-costul de achiziție al unui cartuș [lei]
𝑄𝑚-cantitatea unui cartuș [gr]
𝐶𝑚𝑏-costul materialului de bază [lei]
𝐺𝑟𝑚𝑎𝑡-grame material
𝐶𝑚𝑠-costul materialului de susținere [lei]
𝐶𝑒-costul energiei electrice [lei]
𝑐𝑖-consumul imprimantei kWh [lei]
𝑑-durata de printare [h]
𝑃𝑒-prețul pe kWh [lei/kW]
𝐶𝑡-costul total [lei]
După adunarea tuturor costurilor rezultă faptul că metoda de printare pe componente
este cea mai rentabilă și din punct de vedere financiar. Costul total pentru a printa modelul
prin metoda de printare pe componente este de 17,08 lei acesta fi ind mai mic cu 4,69 lei decât
costul de printare a modelului în întregime.
În urma tuturor rezultatelor obținute în subcapitolele .4.3. și 4.4 s -a ajuns la concluzia
ca varianta optimă de printare pentru acest model este printarea pe componente, acest luc ru
fiind susținut de consumul total de material, de timpul de printare și de costul de realizare a
modelului.

Proiect de diplomă
46

Proiect de diplomă
47

5. Concluzii și contribuții personale

5.1 Concluzii

1. Printarea 3D în comparație cu metodele convenționale de prelucrare este de multe ori
mai eficientă în cazul pieselor de complexitate medie și ridicată .
2. Criteriul principal de alegere a variantei optime în cazul acestui model a fost cantitatea
de material u tilizat . Costul și timpul de printare au fost considerate obiective
secundare.
3. În cazul acestui model, varianta optimă de printare a fost printarea pe componente
având un consum de material mai mic cu 9,89 de grame decât printarea în întregime.
4. Costul tota l pentru realizarea modelului pe componente a fost cu 4,69 lei m ai mic
decât costul printări în întregime.
5. În cazul acestui reper, printarea pe componente s -a realizat în 6 h si 34 min, având un
timp de printare mai mic cu 2 h și 31 min decât printarea în întregime.
6. În urma studiului realizat, constat că se recomandă întotdeauna o astfel de analiză în
vederea printării reperelor de complexitate medie și mare.
7. Studiul realizat demonstrează c ă un model poate fi printat atât în întregime dar și pe
componente care ulterior vor fi asamblate.
8. Modelul pe care a fost realizat studiul de caz nu îndeplinește un funcțional ci este doar
un concept.
9. Orientarea/poziționarea brațului robotic pe masa imprimantei a avut un impact foarte
mare asupra costului , reducând costur ile de la 30,20 lei, în cazul variantei „b” din
capitolul 4.1 la 19,93 lei în cazul variantei optime de printare.

5.2 Contribuții personale

1. Am realizat un studiu bibliografic cu privire tehnologiile de printare , materialele
utilizate , tipurile de printare și la avantajele și dezavantajele acestora .
2. Am identificat o problemă reală cu privire la printarea 3D , am analizat cauza și am

Proiect de diplomă
48
detaliat analiza în cadrul unui studiu de caz .
3. Am abordat o metodologie comparativ ă a soluției optime de printare 3D, unde funcția
obiectiv primară a fost cantitatea cea mai mică de material utilizat și funcția secundară
timpul cel mai scurt de printare.
4. Am stabilit care dintre cele două modalități de printare este mai avantajoasă din p unct
de vedere al costurilor.
5. Am identificat criteriile pentru stabilirea variantei optime de printare , aplicabile în
cazul reperelor de complexitate medie și mare.

5.3 Direcții viitoare de dezvoltare

1. Elaborarea unui algoritm de analiză automată a config urației modelului 3D ce urmează
a fi printat și indicarea variantei optime de printare în funcție de un anumit criteriu
(consum minim de material, timp minim de printare, cost minim sau calitatea cea mai
bună a suprafeței printate).
2. Automatizarea etapei de modificare a reperelor componente ale unui ansamblu, în
sensul adăugării de suprafețe, utilizate ulterior în cadrul procesului de asamblare a
modelului 3D.

Proiect de diplomă
49

BIBLIOGRAFIE

[1] 3dprintscan.ro/servicii/printare -3d/#1488983423273 -b764bd07 -0385 \0 (04.03.2019)
[2] http://www.print3dbucuresti.ro/istoric -printare -3d/ (04.03.2019)
[3] https://3d4all.ro/2018/10/03/istoria -tehnologiei -3d/ (06.03.2019)
[4] https://www.bitmitechnologies.com/ro/introducere -in-lumea -print arii-3d/ (08.03.2019)
[5] www.print3dbucuresti.ro/printare -3d/avantaje -imprimare -3d/ (11.03.2019)
[6]https://www.ttonline.ro/revista/fabricatie -aditiva/fabricatia -aditiva -prin-depunere -de-
filamente -de-material -aspecte -generale -i (13.03.2019)
[7]https://www.zspotmedia.ro/blog/ce -tehnologie -de-printare -sa-alegem -in-functie -de-
domeniul -de-activitate/ (13.03.2019)
[8]https://www.google.com/search?q=stereolitografia&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved =
0ahUKEwju_uO14IbhAhVP3qQKHa7qA28Q_AUIDigB&biw=1536&bih=747#imgrc=6y4l
AFUcRcPf8M (15.03.2019)
[9] https://3d4all.ro/2016/06/13/tehnologii -de-printare -3d/ (18.03.2019)
[10] https://www.zspotmedia.ro/blog/printare -3d/ (19.03.2019)
[11] http://www.utgjiu.ro/revista/ing/pdf/2011 -4/23_FLORIN_CIOFU.pdf (19.03.2019)
[12] https://www.imt.ro/3D -rapidpronano/WorkShop_Politehnica_ST.PDF (22.03.2019)
[13] http://www.aosr.ro/wp -content/uploads/2018/12/Raport -Activitate_Etapa -1-Daniel –
Vlasceanu.pdf (22.03.2019)
[14] https://www.zspotmedia.ro/blog/printare -3d/#tabs -8 (26.03.2019)
[15] https://www.zspotmedia.ro/printer -3d-cubepro -desktop -p640.html (29.03.2019)
[16]http://cubify.s3.amazonaws.com/Printers/Cubepro/cubepro_user_guide_en.pdf
(29.03.2019)
[17]https://www.bitmitechnologies.com/ro/top -3-materiale -uzuale -folosite -in-printarea -3d/
(04.04.2019)
[18]http://www.print3dbucuresti.ro/teh nologii -materiale -printare -3d/materiale -printare –
3d/#printareFDM (12.04.2019)
[19]https://www.ttonline.ro/revis ta/fabricatie -aditiva/fabricatia -aditiva -prin-depunere -de-
filamente -de-material -aspecte -generale -ii (22.04.2019)