Se precizează tema de proiect si se face un comentariu asupra specificațiilor tehnice care urmează a fi realizate [310434]

Cuprins

Introducere

Maxim 2 pagini

Se precizează tema de proiect si se face un comentariu asupra specificațiilor tehnice care urmează a [anonimizat]. [anonimizat]-domeniile ingineriei se multiplica si se adaptează.

[anonimizat]. Inițial, mecatronica a inclus doar o [anonimizat], iar definiția a fost extinsa in urma evoluției sistemelor tehnice.

Originar cuvântul „Mechatronics” [anonimizat] a [anonimizat]. Cuvântul a fost înregistrat ca marca înregistrata de compania japoneza in 1971 cu numărul de înregistrare „46-32714”. [anonimizat] a eliberat dreptul de a [anonimizat] s-a răspândit in restul lumii. In prezent cuvântul este tradus in fiecare limba si este considerat un termen esențial in industrie.

Standardul francez NF E 01-010 oferă următoarea definiție: abordarea care urmărește integrarea sinergia a mecanicii, a electronicii si a teoriei de control si a informaticii in proiectarea si fabricarea produsului pentru a-si îmbunătății si / sau optimiza funcționalitatea.

Un robot industrial este un prim exemplu al unui sistem mecatronic; [anonimizat] a-si desfășura activitatea de zi cu zi.

Ingineria cibernetica se ocupa de problema ingineriei de control a sistemelor mecatronice. Acesta este folosit pentru a controla sau a regla un astfel de sistem. [anonimizat] . echipamentele moderne de producție sunt alcătuite di module mecatronice care sunt integrate conform unei arhitecturi de control. [anonimizat], heterarhie si hibrid. Metodele de realizare a [anonimizat].

[anonimizat], [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat].

In cadrul acestei lucrari de diplopa voi prezenta o imprimanta 3d capabila sa fabrice obiecte din materiale ceramice.

In primul capitol voi trece in rece in revista despre avandatje si dezavantaje fata de alte echipamente comerciale s

[anonimizat].

Tema de proiect propusa este constructia de piese din materiale ceramice. In lucrarea ce urmeaza s-a realizat o imrpimanta 3D e tip delta cu un sistem de pompare si dozare a ceramicii folosind un distribuitor pneumatic si un compresor.

[anonimizat].

Printarea 3d cu ceramica este de obicei realizata cu imprimante 3d specializate pentru folosirea materialellor ceramice. Imprimanta foloseste pudra ceramica care este asezata pe un pat.

Ceramicile au proprieteati termice foarte bune si temperatura inalta de topire impun o provocare pentru printare 3d. spre deosebire de alte termoplastice sau metale ceramicile sunt greu de fabricat din cauza dificultatii de imbinare a compusilor. Au o deosebita rezistenta la temperatura, putand ajunge pana la 600C.

Obiectele rezultate din acest material au calitati superioare comparat cu restul materialelor, astfel se pot printa echipamente de laborator din ceramica care pot sa reziste la temperaturi mari si la substante corozive.

In prezent ceramica este singurul material care sa poata fi folosit in industria alimentara

Ceramica are destule limitari in printarea detaliilor amanuntite

Ceramica este una din cele mai vechi industrii foliste de om

Implanturi osoase(RADU)

Proprietati materiale ceramice:

-culoare aproapiata de cea anatomica

Proprieteati mecanice: face fata la schimb te tempreatura,

Av/dzv

Stadiul actual al cunoașterii in domeniu

Maxim 20 de pagini,

Studiu comparativ al soluțiilor constructiv – funcționale existente pe plan mondial si național cu evidențierea avantajelor si dezavantajelor soluțiilor identificate

2.1 Wasp clay 2.0

Aceasta imprimanta este create de firma WASP si este un kit professional ce foloseste un extrudor de tipul LDM (Liquid Deposit Modeling), compatibil cu materiale ceramice dense.

Extrudorul de ceramic este conceput in asa fel incat sa elimine bulele de aer din amestecul de ceramic, iar sistemul de control are optiune de retragere pentru a depune straturi netede de ceramic.

Wasp clay 2.0 include un rezervol de 3 litri care poate fi inlocuit cu unul de 5 litri la cerere specifica. Rezervolul poate fi reumplut sau curatat pur si simplu prin deschiderea capacelor situate la extreme.

In interior exista un piston cu doua garniture de 4 bari care impinge materialul prin conducta de Teflon cu diametru de 12mm care alimenteaza extrudorul, iar capacul din spate este dotat cu o supapa de siguranta de 8 bari.

Aceasta tehnologie a extrudorului permite aerului sa curga in sus eliminand probabilitatea de a gasi bule de aer in amestecul de ceramic.

Ca si in cazul unui extruder de presiune obisnuit, in cazul incare exista bule, fluxul ar fi interrupt si imprimarea va fi deteriorata.

In cazul in care surubul sau camera au fost deteriorate acestea pot fi inlocuite usor

Imprimanta este capabila sa realizeze straturi fine de pana la 50 de micron.

Tabel 1. Specificatii tehnice Wasp Clay 2.0

Admaflex 130

Imrpimanta 3d ADMAFLEX 130 este potrivita pentru printarea precisa a componentelor tehnico cu densitate totala mai mare de 99%.

Tehnologia sa patentata avansata permite tiparirea la viteze de pana la 20-25mm/ora in timp ce un system innovator de recupereare si reconditioare a materialului ceramic reduce consumul de materie prima semnificativ.

Capul de printare contine tehnologia DLP integrat permite imprimarea superficiala a suprafetei, mentinand in acelasi timp precizia si rezolutia, pentru a produce chiar si detaliile cele mai mici.

Printr-o interfata cu ecran tactil adaptabil, utilizatorul are un control precis al fiecarui strat ce se imprimeaza, iar carcasa protectoare a sistemului optimizeaza procesul de imprimare 3d a ceramicii.

Tabel 2. Specificatii tehnice AdmaFlex 130

2.3 ProMaker V6000

Imprimanta ceramic industrial ProMaker V6000 este o solutie unica pentru procesarea materialelor foarte vascoase, fiind perfect pentru fabricarea pieselor composite, in special a ceramicii.

Aceasta poate produce componente cu o densitate foarte mare, ajungand pana la 99% pentru ceramic dupa procesul de sinterizare si debitare, permitand noi oportunitati pentru aplicatii inovatoare.

Imprimanta ceramic se bazeaza pe tehnoligia MOVINGLight oferind nivele de detaliu si precizie de neegalat, cu o rezolutie nativa de 32 microni si o grosime a stratului pana la 10 microni, combinand performante ridicate si volumul mare de printare.

Aceasta tehnologie deschide noi posibilitati pentru industria medicala, de lux si electronica, fiind excelenta pentru fabricarea aditiva a implanturilor osoase

Tabel 3. Specificatii tehncie Promaker V6000

2.4 ComeTrue® CERAMIC

Imprimanta 3d cometrue ceramic este dezvoltata de tehnologia patentata de imprimare 3d cometrue binder jetting(CBJ), cu pulbere de ceramic.

Aceasta imprimanta poate functiona chiar si ca platforma de Cercetare pentru dezvoltatori pentru folosire pulberilor de ceramica din compozitii special formulate. De exemplu in aplicatiile industriale pentru componente ceramice sau in aplicatiile biomedicale, cum ar fi ceramic osoasa.

Tabel 4. Specificatii Tehnice ComeTreu CERAMIC

2.5 exemplu 5

2.6 exemplu 6

2.7 concluzii

Alegerea si prezentarea soluției proprii

Solutia propusa are ca scop realizarea unui model experimental usor de modificat si capabil sa fabrice piese complexe din material ceramic in stare vascoasa.

Modelul conceput este bazat pe o imprimanta 3d de tip delta, deoarece este printre singurele tipuri de sisteme care printeaza doar prin deplasarea pe toate axele a capului e imprimare, intrucat este nevoie de o baza fixa pentru a depune in straturi un material vascos.

Un alt motiv pentru alegerea acestui tip de imprimanta este usurinta de frabricare, intruncat este format din trei coloane motorizate identice.

Structura este proiectata astfel incat sa incorporeze elemente mecanice si electrice standard, care pot fi gasite cu usurinta in comert.

Astfel a fost proiectata o imprimanta 3d de tip delta cu dimensiunea exterioara de 270×520 mm si avand o suprafata de printare rotunda cu diametru de 220mm si o inaltime maxima a pieselor ce pot fi fabricate de 150mm.

Subansamblul coloanei din Figura 6, are rol de sustinere si de ghidare a culisei. Are o lungime de 500mm si este formata din 2 bare pline de ghidaj care uneste piesele extreme. Acestea sunt tinute in loc prin srangerea surubulurilor, iar paralelismul dintre ele este realizat de canalele din piesele extreme.

Cureaua dintata inchisa este antrenata de motorul pas cu pas si este prinsa de culisa mobila, astfel realizanduse deplasarea culisei dealungul gidajelor.

Au fost alese ghidaje cu diametrul exterior de 8mm sir rulmenti adecvati.

Componenta din Figura 7, are rolul de a mentine o tensiune adecvata in cureaua dintata si rulmentul are rolul de a reduce frecarea, astfel reducand forta necesara pentru a deplasa culisa.

Rulmentul cu interior de 8mm este fixat intre doua saibe cu un surub M8 de corpul piesei. Saibele au rolul de a evita deplasarea curelei dintate de pe rulment.

Culisa prezentata in Figura 8, este prinsa de bucse cu doua coliere din plastic, evitand astfel deplasarea bucselor de pe corpul culisei.

Tot aceasta se conecteaza la platforma din Figura 13, prin intermediul unor brate care au la capete cate un cuplaj sferic.

Deoarece corpul culisei face contactul cu capetele de cursa de pe intinzator, este necesar un surub de reglare, folosit pentru calibrarea imprimantei.

In figura urmatoare este reprezentata piesa cu rol de fixare al unui motor pas cu pas de dimensiune standard, si anume NEMA 17.

Ghidajele se vor fixa tot in aceasta piesa componenta, in canalele cu strangere prin suruburi.

Baza imprimantei se formeaza din 3 astfel de elemente componente asezate una fata de cealalta la un unghi de 120grade pe baza de MDF.

Bratul din Figura 10, este compus din cuplaje sferice, regasite in mod normal la controlul aeromodelelor de incalta performanta.

Este folosita o teava din fibra de carbon pentru a reduce greutatea partii mobile si pentru a oferii o rigiditate mai mare a bratelor.

Cuplajul sferic din Figura 11, este fixat de teava de fibra de carbon cu un segment de bara filetata care trece prin ambele componente.

Deoarece platforma executa o miscare plan paralela este nevoie de un astfel de cuplaj pentru a asigura aceasta necesitate.

Platforma din Figura 12, este elementul cu trei grade de libertate din sistem, fiind purtatorul cilindrului cu materialul ceramic, si care prin miscarea bine calculata si exacta a celor trei culise, depune pasta ceramica cu exactitate conform comenzilor date de calculator.

Fixat cu suruburi de platforma se afla o flansa cu rolul de a fixa cilindrul cu pasta ceramica.

Extrudorul, de tip pneumatic, este alcatuit dintr-un cilindru umplut cu pasta ceramica, un piston si un capac cu garnitura si sistem de prindere si inchidere pe cilindru, care este conectat la sistemul pneumatic de alimentare, reglare si control.

Pistonul reprezentat in Figura 14, este nu piston cu etansare vie, intrucat pasta ceramica actioneaza ca un element de etansare din cauza vascozitatii ridicate.

Pentru a recupera pistonul din cilindru, o piulita M4 a fost proiectata in piston astfel prin introducerea si insurubarea unei tije filetate M4 se poate recupera pistonul si ulterior reumple cilindrul.

Se foloseste un pat incalzit din aluminiu achizitionat din comert pentru a incerca urcarea piesei de lut ce se printeaza.

Aceasta este compusa din 3 coloane identice, 2 placi pentru fixarea coloanelor, un disc din aluminiu cu incalzire, efectorul care este conectat prin brate din fibra de carbon si cuplaje sferice la capete, cilindrul

Pentru partea de comanda electrica s-a ales este realizata de microcontrollerul atmega 1280-16U, gasit pe placa de dezvoltare arduino mega, si o placa de extensie care se conecteaza la placa de dezvoltare si care contine driverele pentru motoarele pas cu pas,

Sistemul este dotat cu capete de cursa amplasate pe corpul intinzatoarelor si sunt configurate ca puncte de reper maxim pentru fiecare culisa actionata de motorul pas cu pas.

Un panou de comanda si control este conectat la sistem si afiseaza informatii despre starea sistemului, putand fi reglate toti parametrii de control al motoarelor

s-a ales construirea unei imprimante 3D de tip delta, deoarece masa este fixa, si obiectul ce este printat nu se misca.

In prinatarea cu ceramica este foarte important ca obiectul ce este printat sa fie cat mai stabil posibil si materialul ceramic sa aibe o compozitie de liant, intrucat sa fie usor modelabil dar fara sa isi piarda forma dupa depunere.

Un alt factor important dimensiunea si masa limita la care poate ajunge obiectul printate inainte sa se darame sub propria greutate. Pentru a prevenii aceasta problema se poate folosii un pat incalzit sau o sursa de aer directionat in interiorulsi exteriorul piese pentru uscarea ceramicii la exterior.

Deoarece este nevoie de un sistem de printare 3d cu masa fixa s-a ales construirea unei imprimante 3d in stil delta, care se potriveste mai bine pe tema propusa.

Memoriul tehnic

Cuprinde calculele de proiectare ale principalelor subansambluri si sau elemente componente cu rol determinant in realizarea parametrilor tehnico-functionali impusi prin tema de proiectare

/////ce am contruit

miscarile pe care le face sistemul meu

specific foarte clar despre extruderul realizazt

simulare in matlab

electric

programare

Acest capitol va contine in functie de tema, elemente de proiectare mecanica, calcule de alegere componente electronice, calcule termice, de alegere elemente de actionare, alegere senzori, algoritmi si programare de lucru, etc.

Este obligatoriu ca acest capitol sa constituie partea principala a proiectului

This models represents a timing belt, used for linear positioning.

It has a rotating pulley which drives the the belt and clamp. The timing belt is modeled by a series of spring damper elements that convey the rotation of the pulley to a clamp translation. Because the output position is moving, stiffness and damping values are not constant.

The stiffness for a piece of belt can be expressed as:

k = E*A / l

with

E  = Modulus of elasticity {N/m2}

A = Belt area {m2}

l = belt length {m}

If the belt is sufficiently pre-tensioned, the stiffness experienced at the clamp can be expressed as the combination of three individual belt parts:

k = E*A/(0.5*l+x) + 1/(  1 / E*A/(0.5*l – x)  + 1 / E*A / l  )

which can be rewritten to:

k = E*A*( 1/(0.5*l+x) + 1/(1.5*l – x) )

The stiffness approaches infinity as the clamp moves to the driven pulley (x = -l/2) and has a minimum value when the clamp moves to the other pulley (x = 0.5*l). The minimum stiffness is equal to:

k = 2*E*A / l

The belt position is determined by the internal variable x. For x = 0 the clamp is in the middle. When the position crosses the driven pulley, i.e.

x < – belt_length/2

the simulation is stopped: "Error: clamp position larger than belt end!". When the position crosses the other pulley, i.e.

x > belt_length/2

the simulation is also stopped, "Error: clamp position smaller than belt start!".

Description – Default

In this model the minimum stiffness is used, based on an output position at a length L of the driven pulley.

k = 2*E*A / l

Description – VariableStiffness

In this model a variable stiffness is used equal to:

k = E*A*( 1/(0.5*l+x) + 1/(1.5*l – x) )

Tehnologii de execuție/montaj/experimentare

In functie de specificul temei absolventul va elabora fie tehnologia de executie pentru un reper, respectiv tehnologia de montj(unde este cazul) fie modul de realizare a incercarilor experimentale ale sistemului proiectat (instalatie experimentala, datele obtinute si prelucrarea lor)

Elementele proiectate au fost realizate prin printarea 3d a lor pe o imprimanta 3d din comert.

Deoarece exista 3 stalpi identici, au fost printate toate elementele componente pentru un stalp de o data

Eficienta economica

In functie de specificul temei, se va calcula costul produsului sau alti indicatori de evaluare a eficientei economice

Parametrii tehnico – funcționali obținuți / condiții de exploatare

Constituie concluziile proiectului, subliniinduse incadrarea rezultatelor in specificatiile initiale, contributia absolventului la obtinerea parametrilor ceruti

Acolo unde este cazul se vor da recomandari privind conditiile de exploatare ale produsului.

Pentru a antrena curgerea materialului ceramic am recurs la o solutie pneumatic ace consta intr-o siringa si un adaptor de siriga cu garnitura si sistem de inchidere prin rasucire, si un piston din plastic.

Alimentarea cu aer comprimat se face prin capac.

Sistemul este format dintr-un compresor, un robinet pentru reglarea si mentinerea presiunii de iesire constante, si drosel comandat electric.

Presiunea de baza se regleaza in functie de viteza de imprimare, conform graficului de mai jos.

In grafic sunt corelate viteza de curgere a materialului ceramic la diverse presiuni ale aerului.

Imprimanta este bazata pe sisteme de prototipare rapida de tip delta comerciale.

Sistemul a luat amploare in ultimul an pe piata, deoarece tot mai multi oameni vor sa isi creeze obiecte din ceramica.

Obiectele realizare pe o astfel de imprimanta 3d sunt complexe si nu pot fi realizate altfel, prin procedeele vechi.

Se pot printa si piese din ceramica ce intra in structura sistemelor electrice, electronice si mecanice, intrucat ceramica are rezistenta la temperaturi inalte si abraziuni.

Pentru a printa cu ceramica, patul incalzit al sistemului este curatat si incalzit la 40 grade celcius.

Intre timp se prepara compozitia de ceramica si se incarca cilindrul astfel incat sa nu se acumuleze goluri de aer. Totodata materialul trebuie sa nu contina bule de aer, si se scot prin vacumare sau cu tragere prin sita.

Dupa ce cilindrul este umplut, se introde pistonul si apoi capacul cu garnitura si se inchide prin rasucire.

Se conecteaza furtunul la cilindru se se amorseaza prin introducerea pentru scurt timp a presiunii pana cand curge un snur de material ceramic de o lungime de 20mm.

Dupa aceasta, cilindrul incarcat se introduce in efectorul imprimantei si se blocheaza pe pozitie.

Dupa ce se proiectarea piesei este finalizata, se introduce in postprocesor si dupa introducere parametrilor de printare, cum ar fi, inaltimea stradului, diametrul duzei, viteza de imprimare… etc.. si se salveaza pe cardul de memorie fisierul rezultat.

Se alimenteaza imprimanta si dupa ce apare ecranul repaus, se introduce cardul si se ruleaza fisierul. Dupa ce patul se incalzeste imprimanta va incepe sa printeze.

I n cazul in care volumul piesei ce se printeaza depaseste volumul de material ceramic din cilindru, imprimanta se va oprii si va anunta vizual pe ecranu un mesaj pentru incarcarea cu material.

Dupa ce cilindrul este reincarcat si blocat in pozitie in efector, se apasa pe butonul de reluare. Astfel efectorul va cobora in pozitia anteriara si va continua sa depuna material ceramic.

Controlul alimentarii cu presiune este asigurat de un drosel pneumatic 2/3 controlat electric. Acesta este legat la o iesire a placii de baza a imprimantei, si este controlat in fuctie comenzile exportate de postprocesor. Spre exemplu pentru a creea o piesa cu grosimea peretelui de o unitate, unde o unitate este egala cu diametrul duzei, imprimanta depune continuu material in spirala. Distribuitorul este pornit si oprit, numai la inceputul si finalul printarii piesei.

In cazul pieselor complexe, cu mai multi pereti, structura de rezistenta, elemente de sustinere si parti in aer, imprimanta va controla droselul pentru a depune exact doar in zonele desemnate de fisierul cu comenzi.

GCODE este un set de comenzi specific pentru echipamente cu control numeric