Мастер-модели и матрицы на FDM 3D принтере
Я строю 4-х метровый радиопланер и уже всё больше склоняюсь к тому, чтобы напечатать все матрицы на 3Д принтере. Это слишком утомительно, долго и дорого делать мастер-мотели каждой детали, особенно на 4-х метровую дуру. Хотя самые сложные мастер-модели уже почти готовы (секции крыльев и стабилизатор), мне ещё предстоит делать по ним матрицы, а это тоже трудоёмкий долгий и дорогой процесс.
К мысли сделать все матрицы на 3Д принтере я пришёл после того, как решил стелать мастер-модель стабилизатора по матрице напечатаной на 3Д принтере. Идея была в том, чтобы сократить время ручного труда и доводки, напечатать матрицу, снять с неё мастер модель, слегка её подшкурить и загрунтовать, чтобы сбить текстуру 3Д печати и неровности от неё и мастер-модель готова. Каково было моё удивление, когда из пластиковой матрицы, напечатаной на FDM 3Д принтере вышел практически готовый стабилизатор без изъянов.
Я напечатал части матрицы из PLA+ пластика (стенки сделал потолще в пять слоёв и сделал заполнение достаточно плотное, но это было излишне, можно было бы сделать потоньше, поменят дизайн матрицы и сэкономить значительно на матерриалах без ущерба функционалу матрицы)
Подшкурил слегка чтобы сбить основные неровности и склеил части матрицы на плоской поверхности и приклеил ребро из фанеры для усиления.
После склейки полной матрицы подшкурил и подшпаклевал ещё немного самые большие изъяны. Я не имел целью полностью извести текстуру печати, так как я бы все равно шкурил бы мастер модель после извлечения из матрицы, поэтому пошкурил только слегка и не задувал никакой грунтовкой. Далее намазал разделительный воск, задул PVA из пульверизатора
Выложил в матрицу стеклоткани, углеткани и смолы, скрутил половинки
На следующий день извлёк мастер-модель. Моему удивлению не было предела, стабилизатор вылупился практически без изъянов, если бы это не была мастер-модель - просто бери и ставь на самолёт. Зачем я трачу столько усилий, времени и денег на изготовление и доводку мастер-моделей, когда можно тупо сразу напечатать матрицу на 3Д принтере, облогородить её слегка (подшкурить, подшпаклевать, загрунтовать и подшкурить ещё чтобы окончательно сбить текстуру печати, может слегка располировать) и можно делать самолёт.
А вот готовая мастер-модель после долгих утомительных часов грунтования, ошкуривания и полировки. А ведь ещё надо с этого дела снимать матрицы (строить опалубку, готовить материалы к снятию матрицы, закладывать матрицу, доводить матрицу) - а только одно это даже более трудоёмко, чем напечатаная на 3Д принтере матрица. При этом напечатаная на 3Д принтере матрица и слегка доведёная даёт результат более, чем удовлетворительный, но при этом экономия сил, времени, денег просто колоссальная. Особенно если тебе надо построить только пару-тройку самолётов. Вобщем я больше никогда не буду делать мастер-модели после этого проекта, только напечатаные на 3Д принтере матрицы. Я предпочту посидеть месяц за компьютером, проектируя матрицу для 3Д печати, а потом без пыли игрязи напечатать и собрать её, чем вбухать кучу денег в композитные материалы, а потом целый год в поте лица в грязи и пыли стругать мастер-модель и снимать с неё матрицу.
а потом целый год
Вырезать из модельного пластика ММ и снять с неё формовочную оснастку? 😃 Сложно-дорого?
Илья, чем вызвано такое полукруглое сечение матрицы? А полость внутри прямоугольная… И как удалось избежать завала краёв при вышкуривании? Я имею ввиду, что вдоль передней и задней кромок грань, где профиль переходит в плоскость разъёма, может стать не острая, и будет много облоя.
Илья, чем вызвано такое полукруглое сечение матрицы? А полость внутри прямоугольная… И как удалось избежать завала краёв при вышкуривании? Я имею ввиду, что вдоль передней и задней кромок грань, где профиль переходит в плоскость разъёма, может стать не острая, и будет много облоя.
Сечение матрицы у осноования такое большое потому, что матрица печатается вертикально и сразу большой длинны, поэтому, чтобы она была устойчива во время печати и её не уводило, ей делается большое основание.
Основание полукруглое по двум причинам. Первая, это потому, что окружность даёт максимум устойчивости при минимуме патериалла (экономия материала для печати). Вторая, это потому, что FDM 3D принтер не любит острых углов, в идеале все углы должны иметь скругления (за исключением тех, что должны быть острыми, напрмер элементы рабочей поверхности матрицы), так детать меньше уводит, меньше артефактов печати и геометрия получается наибоее точная.
Прямоугольная полость внутри для экономии материалла. Я делал достаточно плотное заполнение детали для жёсткости, поэтому полость внутри даёт экономию. Прямоуголная она потому, что мне так легче было сделать 3Д модель, можно было бы потратить больше времени и сделать её другой формы для тонкостенной матрицы, но там экономия материала была бы не существенной по стравнению с затраченым на моделирование временем.
Чтобы кромки не увело при ошкуривании я шкурил немного, чисто чтобы сбить текстуру и большие бугры. Шкурил только 80-ой шкуркой. Плоскость разъёма шкурил на плоской жёсткой поверхности с наклееной на неё наждачкой. Потом склеил чати матрицы используя ошкуриную плоскость разъёма, как базовую поверхность на плоском стапеле. После склеки матрицы шкурил рабочие поверхности. Я использовал эластичный брусок (из пены) для ошкуривания с наклееной на него наждачкой. Его можно согнуть по кривизне детали, чтобы ошкуривать вогнутые поверхности. Когда шкурил ориентировался на изменение цвета ошкуреной поверхности, чтобы не перешкурить (чёрный блестящий пластик после ошкуривания становится светло серым матовым). Начинал с центра, с самого лёгкого, двигаясь к краям. Заднюю кромку шкурил аккуратнее (с лёгким нажатием), постоянно котролируя, где шкурит наждачка. Подбираясь к передней кромке перешёл с эластичного бруска на согнутую наждачную бумагу прижимая её пальцами и за счёт жёсткости самой наждачки, так же с небольшим нажатием постоянно контролирауя, где шкурит наждачка. С облоем проблем не было.
Сейчас делаю по такой же технологии матрицу для мастер-модели фюзеляжа. Если не поленюсь, может при этом испытаю, какая будет поверхность, если её не только ошкурить, но и задуть полиэфирной грунтовкой и зашкуить ещё раз перед закладкой детали.
Подход к конструкции матрицы я немного изменил. Теперь печатаю множество не длинных секций, которые будут склеиваться вместе на плоском стапеле по поверхности разъёма. Части между собой выравниваются штифтами. Вся половинка выравнивается при помощи линейки приложеной к штифтам вставленым в заднюю часть матрицы. Потом половинка матрицы будет усилена, а по ней бдет собрана вторая половинка (так же выравниваемая по плоскости разъёма и штифтам).
Большое спасибо за информацию!
Илья, большое спасибо за информацию! Вижу - принтер у Вас не простой…Сам уже несколько лет изучаю вопрос печати матриц на принтере для изготовления планеров.
В иностранных социальных сетях и на форумах есть много примеров, как народ печатает матрицы, доводит их и уже по ним делает самолет. Никаких мастер-моделей.
ВОт например - фюзеляж металки. Человек его раздувает до 2 атмосфер шариком (говорил, что до 4 держит). Он тоже из кусков напечатал, потом на лист мдф наклеил куски и доводил матрицу тонкими слоями эпоксидки и потом вышкуривал и полировал.
Вот еще матрица крыла металки с форума rcgroups , но пока он ее не пробовал в действии.
У самого пока руки не доходят попробовать что-нибудь сделать на 3д принтере. Крылья и хвосты делаю по позитивной технологии, а классическая композитная матрица фюзеляжа пока справляется со всеми хотелками. Ну следующую матрицу фюзеляжа уже буду делать точно на 3д принтере.
потом на лист мдф наклеил куски и доводил матрицу тонкими слоями эпоксидки и потом вышкуривал и полировал.
Точность? Соблюдение размеров? Нет, не слышали…
А где здесь проблема с точностью и соблюдением размеров? Хороший лист МДФ имеет отклонение не более полумиллиметра на расстоянии метра от плоскостности. На чём, по-вашему, собирают наборные крылья? Для авиамоделизма этот подход более чем достаточный.
На счёт точности печати, сейчас некоторые FDM 3Д принтеры любительского уровня печатают очень точно и сравним по качеству печати (и даже превосходят) с дорогими профессиональными принтерами. Например принтер Пруса печатает очень качественно, если соблюдать правила дизайна деталей для FDM печати, в большинстве зон погрешность в пределах нескольких соток, в проблематичных зонах пределах плюс минус нескольких десяток. При правильном подходе в конструкции и сборке матрицы геометрия будет в пределах пары десяток в большинстве мест, потом останется только довести некоторые проблемные места и убрать текстуру печати.
Вы вручную по шаблонам так точно не выведите мастер-модель, как её напечатает принтер, а раньше это делали вручную, да и сейчас вручную делают.
В отличии от него я, разве что, только эпоксидку не использовал для доводки, так как её трудно шкурить, а только финишную полиэфирную шпаклёвку и полиэфирную грунтовку на рабочих поверхностях матрицы.
Хороший лист МДФ
Изменяет свои размеры в зависимости от температуры и влажности.
геометрия будет в пределах пары десяток
То есть о соблюдении геометрии профиля можно забыть…
Вы вручную
А мы врукопашную ничего не выводим, станок от этого есть. 😃
Ну да, о соблюдении геометрии профиля, и вообще, о соблюдении любой геометрии в этом мире можно забыть. Даже ваш станок тоже даёт отклонения. Самые лучшие шлифовальные станки, которые, я уверен, гораздо точнее тех станков, к которым у вас есть доступ, дают отклонение в несколько тысячных. Есть станки дающие отклонение в несколько миллионных долей миллиметра, на них о соблюдении геометрии профиля тоже можно забыть.
Ну да
Погружаться в маразм - ваше право. Но отрицать очевидные моменты просто глупо. 😃 Мастер-модели родом из 3D принтера хороши только там, где не нужна точность в десятку.
Вот это красивое при изменении температуры на 3-4 градуса уйдёт в размерах на десятку, а может и больше. Можете проверить, если сомневаетесь.
Постойте, но я же не отрицаю очевидные моменты, не отрицаю, что уйдёт при изменении температуры и влажности. Я даже не отрицаю, что любое изменение геометрии, это несоблюдение геометрии. Я просто вас подталкиваю к тому, что применение этой технологии не влияет на цели, задачи и характеристики авиамодели в пределах, которые вы способны ощутить или измерить. Но если ваша конечная цель соблюдение геометрии, то, как я уже сказал, в этом мире это невозможно.
Кстати, насчёт профилей. Не знаю, как это делаете вы, но я все готовые профиля, взятые из общего доступа, на своих моделях изменяю в пределах процента (это, к примеру, вплоть до миллиметра, а то и больше, на хорде в 200 миллиметров). То есть речи о соблюдении изначальной геометрии даже не идёт.
Делаю я это с целью выглаживания. Всё дело в том, что большинтво общедоступных профилей создавалось очень давно и по старинным технологиям, когда профиль испытывался, обмерялся и распространялся в виде координат дискретных точек, что само по себе давало отклонения и погрешности. С появлением модулей анализа в CAD программах стало возможным анализировать табличные профиля и улучшать их.
Может вы не в курсе, но самой важным требованием к аэродинамическому профилю является не точность соответсвия его точек табличным значениям, а непрерывность поверхности по производным и её плавность (изменение производных). То есть профиль может быть и толще на пару процентов и тоньше, и крыло может быть слегка загнуто на пару миллиметров вверх или вниз, но если поверхность гладкая и плавная по производным, крыло будет летать фактически так же (вы не сможете заметить разницу).
Самым критически важным к профилю является соблюдение непрерывности поверхности по G0 (отсутствие ступенек). Вторым по важности является соблюдение непрерывности поверхности по G1 (по первой производной, или условия касательности в точке, то есть чтобы на поверхности не было рёбер). Третьим, но уже не так сильно влияющим на аэродинамические качества, требованием является соблюдение непрерывности по G2 (по второй производной, или непрерывность по кривизне). Хотя это достаточно важное требование для профилей планеров. Четвёртым, уже не особо важным, является является соблюдение непрерывности поверхности по G3 (по третьей производной, или касательность кривизны, или плавность кривизны). Но я и эту производную вывожу на своих модифицированных профилях.
Так вот, я изменяю табличные профиля в пределах процента, то есть отклонения от стандартных профилей могут быть до миллиметра и больше, но я стараюсь достичь как можно более плавного профиля по этим трём производным. Это гораздо важнее, чем соблюдение табличной геометрии.
Далее, 3Д принтер печатает деталь следуя точкам координат вашей CAD модели ровно в тех же пределах погрешности, что и ЧПУ фрезер. Когда происходит деформация напечатаного пластика, уходит не какая-то маленькая область, а уходит достаточно большая область и уходит очень плавно и не сильно, не влияя значительно на изменение тех самых производных поверхности. Выгиб крыла на несколько десяток миллиметра, да даже на миллиметр никак не скажется на аэродинамических характеристиках модели. Поэтому ваш постулат о несоблюдении геометрии профиля без контекста лишён всякого смысла. Это, как если бы вы сказали, что не соблюдается запах детали.
Может вы не в курсе
Ну собссна да, что я могу здесь добавить…
Илья, а внутри мастер-модели стабилизатора пена или еще что-то? Если да, то как вы ее изготовляли?
Конкретно мастер-модель стабилизатора, это множество слоёв стеклоткани и углеткани, а пустота между ними заполнена столбиками эпоксидки замешаной с молотым стекловолокном и тиксотропным загустителем. Сама по себе корка очень толстая и жёсткая, а столбики из смолы чисто чтобы поддержать корку в нескольких местах.
То есть я выдавил смолы намешаной с загустителем и молотым стекловолокном (я ещё добавил чёрного пигмента чисто для красоты, чтобы посмотреть, как оно будет выглядеть) по передней кромке чтобы заполнить это место с большой кривизной труднозаполняемым для ткани, чтобы не было пузырей, далее выложил на формы ткань пропитывая смолой и прикатывая каждый слой ребрёным роликом для прикатки ткани, потом выдавил смесь смолы в нескольких местах по всей поверхности стабилизатора с небольшим избытком по высоте и соединил половинки формы.
Мастер-модель фюзеляжа будет без всякого заполнения, просто очень толстая корка из множества слоёв углеткани и стеклоткани.
Илья, большое спасибо за подробное объяснение и фото! Теперь все более чем понятно. А меня все терзают сомнения, можно ли будет с помощью таких матриц сделать стандартное пенное крыло и хвост? Когда пенное ядро изготавливается с помощью пенорезки, а не фрезеруется на станке… Нужно как-нибудь попробовать заказать тестовые матрицы и провести эксперимент. С фюзеляжем точно проблем быть не должно, народ уже все попробовал.
из множества слоёв углеткани и стеклоткани.
В чём смысл смешивать разные материалы? Или я опять что то не понимаю?
Чтобы получать нужные свойства смешанного (композитного) материала. Когда смешивается смола с тканьнью, смола связывает и стабилизирует волокна ткани, так же смола держит сжимающую нагрузку, но сама по себе смола хрупкая и имеет не большую прочность на разрыв. Ткань, или волокна смешиваются со смолой, чтобы дать большую прочность на разрыв и жёсткость, но сама по себе ткань или волокна не держат сжимающую нагрузку.
Для заполнителя (чёрных столбиков смолы) в смолу замешивается тиксотропный загуститель, чтобы смоляные столбики сохраняли форму во время отверждения смолы, а не стекали вниз под действием сил гравитации.
В ламинате при совмещении уклеткани и стеклоткани углеткань даёт жёсткость (гораздо больше, чем стеклоткань, а это критически важно для тонких или длинных мастер-моделей типа стабилизатора), но углеткань дорогая и жёсткая (трудно выкладывать, трудно прописывать смолой) и имеет смысл выложить немного углеткани и добрать толщину стеклотканью, так как толщина нужна для твёрдости поверхности. То есть снаружи идёт слой стеклоткани, потом углеткань, так же отнонаправленная углеткань в задней кромке крест на крест несколько слоёв для нужной жёсткости (задняя кромка очень тонкая), потом опять много слоёв стеклоткани. Один слой стеклоткани снаружи для защиты слоя углеткани по ним, так как он ошкуривается потом.
В ламинате
Простите, но всё вами написанное - сок мозга. Более бредовой идеи я не слышал никогда.