Autor se ve své práci zaměřil na využití moderních technologií pro reverse engineering a využil je pro návrh a zhodnocení ekonomičnosti replikované výroby. Tato práce, vypracovaná jako diplomový projekt na VUT v Brně, v teoretické části popisuje nejpoužívanější metody Reverse Engineering a Rapid Prototyping. V teoretické části je popsáno reverzní inženýrství, dále jsou podrobně popsány technologie Rapid Prototypingu, tedy technologie používané pro 3D tisk prototypů součástí, dále jsou dopodrobna charakterizovány metody digitalizace a rozdělení 3D skenerů.
Smysl a cíle práce
Autor pracoval během řešení práce prakticky výhradně samostatně. Práce je rozdělena dvou hlavních částí. Teoretická část je přehledně členěna na kapitoly, které na sebe logicky navazují a věnují se řešené problematice. Praktická - nosná část práce je zaměřena na návrh výroby blinkru Škody 1000 „Embéčka“, kdy bylo nejprve provedeno samotné skenování součásti - digitalizace a následná úprava digitalizovaných dat a následný návrh výroby součásti pomocí dvou metod - odlévání do silikonové formy a 3D tisk prototypu.
Reverse engineering - principy a postup
Klíčem k přípravy takovéhoto procesu je správně a vhodně připravený CAD model, který autor zpracoval velice precizně metodou reverse engineerig za využití aktuálních dostupných technologií a software, který je i v průmyslové praxi hojně pro tyto aplikace využíván a to i u předních výrobců automobilů. Autor se v práci zaměřil na základní část přípravy replikované výroby, tedy pořízení digitálního modelu metodou 3D skenování, dále v sw GOM Inspect provedl úpravu skenu a jeho polygonizaci a následně v sw CATIA provedl reverse engeneering zvoleného dílu tak, aby se v rámci stanovené tolerance tvarově co nejvíce přibližoval dílu původnímu. V rámci vytváření plošného modelu dílu musel autor také virtuálně opravit poškození, které vykazoval skenovaný díl, tedy například ulomené rohy, poškozené spojovací prvky, vady v povrchu dílu atd. Veškeré opravy tohoto dílu lze považovat za precizně provedené.
Výsledkem procesu reverse engineeringu je objemový model, který je nyní připraven na zaformování, které je nezbytné pro přípravu kovové formy. V práci se student dále zaměřil na možnosti výroby master modelu 3D tiskem a alternativně kusovou výrobou metodou soft tooling, která by mohl sloužit pro ověření rozměru a tvaru, případně pro ověření smontovatelnosti a spasování dílu na karoserii před samotnou sériovou výrobou.
Bezpečná digitalizace a otázky kvality skenování
Při skenování není zmíněna tloušťka nástřiku zmatňujícího spreje, která může měření ovlivnit, není zde ani uveden obrázek takto připravené součásti. V úvodu chybí stanovení parametrů, které budou sledovány a jakých má být dosaženo pro správnou funkci součásti, jako je odchylka , kvalita ploch, napojení ploch nebo zástavbové rozměry pro danou součást. Práce v SW Catia je popsána stručně, bez popisu chování a nastavení jednotlivých funkcí stěžejních pro rekonstrukci - Power fit. Nebyla provedena žádná analýza plochy pro určení její optické kvality.
Rapid prototyping - principy, metody a využití
Rapid prototyping je soubor technologií výroby prototypů pomocí 3D tisku. Virtuální 3D model součásti je „rozřezán“ na tenké vrstvy, které se různými technologiemi vytváří z různých materiálů a vrství se na sebe. Tyto prototypy (podle technologie) jsou většinou nevhodné k většímu zatížení a slouží většinou pouze k představě o vzhledu (designové návrhy) a zástavbě do stroje či k menšímu zatížení.
Vaše prvotní návrhy budou mít jen základní vlastnosti. S každou další iterací ale bude váš prototyp získávat něco navíc a přizpůsobovat se okolním podmínkám. Chcete si rychle ověřit svůj nápad v praxi? Jste inženýr nebo designér? Proměňte svoje vize a nápady během několika hodin ve skutečnost. Díky Rapid Prototypingu můžete váš produkt rychle vyvinout, levně otestovat a snadno zdokonalit.
Stereolitografie (SLA)
Technologie je založená na tekuté světlocitlivé pryskyřici, která při aktivaci laserem tuhne. Stůl se vždy o kousek ponoří do pryskyřice a laser posvítí na místa, která mají ztuhnout. Tím se na stole vytvoří jedna vrstva součástky. Takto se vrstvením vytvoří finální prototyp. Stereolitografie (SLA nebo SL) je metoda vytváření objektů pomocí postupného vytvrzování polymerů pomocí působení záření různých vlnových délek, nejčastěji UV záření. Jedná se o jednu z nejpřesnějších metod 3D tisku: teoretická přesnost odpovídá velikosti molekuly polymeru. Proto se této metody využívá i při výrobě integrovaných obvodů. Nebo jako nástroj pro výrobu prototypu před sériovou výrobou, proto je stereolitografie zařazována mezi metody pro rapid prototyping.
Výběrové laserové spékání (SLS)
Výběrové laserové spékání využívá speciálního prášku, který na stůl v komoře vyplněné dusíkem nanáší v tenké vrstvě válec. Stůl s tenkou vrstvou prášku pak v místech, která jsou potřeba „vytisknout“ osvítí silný laser a tím prášek speče. Stůl se pak o tloušťku vrstvy posune dolů a proces se opakuje do vytvoření celého prototypu.
Fused Deposition Modeling (FDM / FFF)
Tato technologie využívá dvou materiálů - stavěcího a materiálu podpor. Funguje na podobném principu jako tavná pistole - materiál je z cívky odvíjen do hlavice, kde se odtavuje a je nanášen na stůl. Materiál podpor se využívá v místech, kde by při tisku musel stavěcí materiál „viset“ ve vzduchu.
Praktické poznámky a časté chyby v aplikacích
Rozměrová analýza je provedena na již vyhlazeném dílu, tedy nám neřekne odchylku rekonstrukce od originálního dílu. 3D tisk master modelu byl proveden, avšak chybí kontrola jeho rozměrů. V Technicko ekonomickém hodnocení se bohužel vyskytují chybné údaje o ceně materiálu pro 3D tisk. Tabulka 5.1 je zcela špatně vypočtena. Není zde započítán také postrpocesing. I v dalších výpočtech pro formu a výrobek jsou podstatné chyby jako nezapočítání nákladů na pracovníka, vedlejší časy, přetoky materiálu atd.
V práci chybí část zpracování silikonové formy a tvorba testovacího odlitku. Tato část nebyla řešena s ohledem na nedostupnost laboratoře softtooling v době pandemie nemoci COVID -19. Student ji do své práce zakomponoval alespoň ve formě ekonomického zhodnocení. Srovnání ekonomičnosti výroby dílů v silikonové formě a vstřikování do kovové formy vykazuje také chyby. U silikonové formy není započten čas obsluhy, zatím co v případě kovové formy je tento čas pravděpodobně započten již v režiích stroje.
Ekonomické hodnocení a návrhy zlepšení
Autor se zaměřil na využití moderních technologií pro reverse engineering a využil je pro návrh a zhodnocení ekonomičnosti replikované výroby. V práci chybí stanovení počáteční dávky výroby, tudíž nelze vyvozovat závěry kdy je která technologie výhodnější. Předložená diplomová práce je adekvátní svým rozsahem a splňuje zadání. Zpracovaná témata, která student v práci řešil považuji za velice dobře zpracovaná. Některé části by si zasloužili vice pozornosti.
| Fáze | Klíčové činnosti | Rizika / chyby |
|---|---|---|
| Digitalizace | 3D skenování, úprava skenu, polygonizace | vliv zmatňujícího spreje, chybějící specifikace parametrů |
| Reverse engineering | Rekonstrukce v CATIA, oprava poškození | nedostatečné popisy nastavení funkcí (Power fit) |
| Výroba master modelu | 3D tisk, soft tooling | chybějící kontrola rozměrů, nedopočítaný postprocessing |
| Ekonomické hodnocení | Kalkulace nákladů, porovnání technologií | chybné ceny materiálů, nezapočtení pracovníka a vedlejších časů |
Praktické doporučení pro inženýry a designéry
- Vaše 3D data nikdy jen tak nepustíme rovnou do výrobního procesu. Vždy projdou důslednou kontrolou, tak abychom předešli zbytečným chybám a plýtvání.
- Naše technologie známe do detailu, každá má své pro i proti. Tu kterou vybereme je vždy otázka zvoleného materiálu, kvality povrchu a mechanických vlastností.
- Nároky na kvalitu bývají zejména u lakovaných a pokovených prototypů mnohdy vyšší, než u koncových produktů.
- Chcete u prototypu dosáhnout požadovaných funkčních vlastností nebo vám více záleží na estetické stránce? Podle toho vybírejte technologii (SLA pro povrchovou kvalitu, SLS/FDM pro funkční testy atd.).
Otázky pro další šetření
Uveďte pro jaké série a počty kusů jsou vhodné silikonové formy. Vyjadrite se k recyklovatelnosti silikónových forem. Přibližte výrobu součásti (obecně) pomocí technologie odlévání do silikonových forem. O jaké vrstvě hovoříte při přípravě měřeného objektu - blinkru před samotným skenováním?
Práce se opírá o široký soubor literatury a elektronických zdrojů. Student se opírá o 59 literárních, převážně však elektronických zdrojů. Práci i přes částečnou nedopracovanost posledního bodu zadání považuji za zdařilou a lze konstatovat že cíle práce byly splněny.