Általánosított Cartesian 3D nyomtató szimulációja
A különböző gyártási folyamatokban közös, hogy a termék egy 3D-s modell geometriája alapján készül el. A szubsztraktív megmunkálás mellett egyre elterjedtebbek az additív gyártási folyamatok is, ezeket egyszerűen 3D nyomtatásnak is nevezik, melyek esetén a modell a szó szoros értelmében felépül különböző technológiák felhasználásával.
A legnépszerűbb és átláthatóbb mechanizmusa a Cartesian 3D nyomtatóknak van, melyeknek egy-egy alkatrésze a három koordináta-tengely mentén mozoghat. Ezen dolgozat célja egy olyan általános virtuális szimuláció létrehozása, mellyel bemutatható bármely Cartesian 3D nyomtató működése. Ehhez nincs egyébre szükség, mint az adott nyomtató modelljeire, illetve annak mechanizmusát leíró URDF (Unified Robot Description File) modellre.
A URDF fájlt értelmezve a program fel tudja építeni az adott gépet, és a nyomtató minden alkatrészét a megfelelő tengely mentén a leíró fájlnak megfelelően mozgat, ezzel lehetővé téve különböző nyomtatópéldányok prezentálását.
A nyomtatók működése nemcsak felépítésükben, de az általuk használt technológiában is különbözhetnek, az egyes technológiák más-más anyagokkal, sebességgel, felületi minőséggel vagy költséggel dolgoznak. A Material Extrusion a legolcsóbb, legelterjedtebb formája a 3D nyomtatásnak, és a legkövethetőbb is, hiszen a lényege, hogy a megolvasztott alapanyagot – mely főként polimer – rétegről rétegre felviszi, így alakul ki a kívánt modell. Aki szeretne nyomtatót otthoni felhasználásra, általában ilyet vásárol, tehát célszerű ezt a technológiát bemutatni. A legismertebb ilyen eljárások az FFF (Fused Filament Fabrication) és az annál jobb szilárdságú és felületi minőségű FDM (Fused Deposition Modeling).
Egy ilyen alkalmazás nagy segítség lehet az oktatásban az additív gyártási folyamatok bemutatásához, mivel tetszőleges Cartesian nyomtatók korlátlanul megjeleníthetők vele egy virtuális tanteremben, nem szükséges ehhez valós labor fenntartása, ezzel sokkal egyszerűbbé, könnyebben hozzáférhetővé és költséghatékonyabbá téve a demonstrációt.
A virtuális demonstrációs eszközök egyre gyakoribb használata az iskolákban nemcsak a távoktatás és a gazdaságosság szempontjából fontos, de a diákok jelentősen motiváltabbak, és jobban tudják memorizálni a digitális szimulációkon bemutatottakat. Az ezen dolgozatban elkészült szimuláció a STEAM Upgrade Erasmus+ projekt egyik eredményterméke, melynek segítségével a tanulók megérthetik az FDM nyomtatás alapelvét. Több országban használják általános iskolák és egyéb oktatási intézmények.
szerző
-
Horváth Botond
Mechatronikai mérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Décsei-Paróczi Annamária
tanársegéd, Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika Tanszék -
Galambos Péter
tudományos munkatárs, MTA SZTAKI (külső)
