Основы обслуживания установок для аддитивного производства

АНПОО «КОЛЛЕДЖ ВОРОНЕЖСКОГО ИНСТИТУТА ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ» КУРС ЛЕКЦИЙ по дисциплине Методы технического обслуживания и ремонта установок для аддитивного производства для обучающихся по специальности 15.02.09 Аддитивные технологии Воронеж 2022 СОДЕРЖАНИЕ 1 ОСНОВЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ УСТАНОВОК ДЛЯ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА ................................................................................................... 4 1.1 Оборудование и контрольно-измерительные приборы для ремонта аддитивных установок ........................................................................................ 4 1.2 Системы автоматического контроля, управления и регулирования ............................................................................................................................. 12 1.3 Классификация и назначение электроприводов, физические процессы в электроприводах ........................................................................... 19 1.4 Техническое обслуживание установок для аддитивного производства ...................................................................................................... 23 2 ПРИМЕНЕНИЕ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ В УСТАНОВКАХ ДЛЯ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА.................................................................. 25 2.1 Принцип работы шагового двигателя ............................................. 25 2.2 Биполярные и униполярные шаговые двигатели .......................... 27 2.3 Разновидности шаговых двигателей ............................................... 29 2.4 Режимы управления шаговым двигателем ..................................... 30 2.5 Достоинства и недостатки шаговых двигателей ........................... 32 2.6 Характеристики шаговых двигателей............................................. 33 2.7 Драйверы шагового двигателя......................................................... 34 2.8 Ремонт и профилактика шагового двигателя ................................. 41 3. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ПЕЧАТАЮЩЕЙ ГОЛОВКИ (ЭКСТРУДЕРА) FDM-ПРИНТЕРА .................................................................... 44 3.1 Принцип работы экструдера ............................................................ 44 3.2 Система подачи филамента.............................................................. 44 3.3 Натяжной механизм .......................................................................... 45 3.4 Прямой экструдер ............................................................................. 45 3.5 Экструдер Боудена ............................................................................ 46 4 УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ, ЗАПУСК И НАЛАДКА УСТАНОВОК СЕЛЕКТИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ПЛАВЛЕНИЯ ..................... 48 4.1 Принципы формообразования методом селективного лазерного плавления ........................................................................................................... 48 4.2 Основные элементы установки СЛП .............................................. 50 4.3 Движения формообразования в установке СЛП ........................... 55 4.4 Виды компоновок СЛП .................................................................... 57 2 4.5 Работы по подготовке к процессу производства ........................... 59 4.6 Подготовка оборудования установки СЛП к работе..................... 69 4.7 Запуск и контроль процесса производства..................................... 81 5. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ ОБСЛУЖИВАНИЮ И РЕМОНТУ УСТАНОВОК ДЛЯ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА .......... 84 5.1 Техническое обслуживание установок для аддитивного производства ...................................................................................................... 84 5.2 Нормативы, регулирующие ремонтные работы и техническое обслуживание оборудования на предприятии ............................................... 88 5.3 Планирование и организация подготовки ремонта и технического обслуживания оборудования ........................................................................... 93 5.4 Организация проведения ремонтных работ и технического обслуживания на предприятии ........................................................................ 94 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .......................................................................... 97 3 1 ОСНОВЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ УСТАНОВОК ДЛЯ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА 1.1 Оборудование и контрольно-измерительные приборы для ремонта аддитивных установок Выбор оборудования и средств измерений при проверке точности деталей — один из важнейших этапов разработки технологических процессов технического обслуживания и ремонта. Основные принципы выбора средств измерений заключаются в следующем: точность средства измерений должна быть достаточно высокой по сравнению с заданной точностью выполнения измеряемого размера, а трудоемкость измерений и их стоимость должны быть возможно более низкими, обеспечивающими наиболее высокие производительность труда и экономичность. Недостаточная точность измерений приводит к тому, что часть годной продукции бракуют (ошибка первого рода); в то же время по той же причине другую часть фактически негодной продукции принимают как годную (ошибка второго рода). Излишняя точность измерений, как правило, бывает связана с чрезмерным повышением трудоемкости и стоимости контроля качества продукции и, следовательно, ведет к удорожанию ее производства. При выборе измерительных средств и методов контроля изделий учитывают допустимую погрешность измерительного прибора–инструмента; цену деления шкалы; порог чувствительности; пределы измерения, массу, габаритные размеры, рабочую нагрузку и др. Определяющим фактором является допускаемая погрешность измерительного средства, что вытекает из стандартизованного определения действительного размера, как и размера, получаемого в результате измерения с допустимой погрешностью. Самый простой способ выбора средств измерений основан на том, что точность средства измерений должна быть в несколько раз выше точности изготовления измеряемой детали. При контроле точности технологических процессов измерением точности размеров деталей рекомендуется применять средства измерений с ценой деления не более 1/6 допуска на изготовление. Значение допустимой погрешности измерения зависит от допуска, который связан с номинальным размером и с квалитетом точности размера контролируемого изделия. Расчетные значения допустимой погрешности измерения в мкм приводятся в стандартных таблицах. Рекомендуется, чтобы величины допустимых погрешностей измерения для квалитетов 2–9 составляли до 30%, для квалитета 10 и грубее — до 20% допуска на изготовление изделия. 4 К инструментам с линейным нониусом относятся штангенциркуль, штангенрейсмас и штанген-глубиномер. Основой штангенинструмента является линейка — штанга с нанесенными на ней делениями; это – основная шкала. По штанге движется рамка с вырезом, на наклонной грани которого нанесена нониусная (вспомогательная) шкала. Штангенциркуль (рис. 1.1) предназначен для измерения линейных размеров (диаметров, глубины, ширины, толщины и т.п.). На длине 9 мм рамки (нониуса), соответствующей 9 делениям штанги, нанесено 10 равных делений. Таким образом, каждое деление нониуса равно 0,9 мм. Рисунок 1.1 - Методы измерения размеров штангенциркулем Если поставить рамку так, чтобы шестой штрих нониуса стал против шестого штриха штанги, то зазор между губками будет равен 0,6 мм (рис. 1.2, А). Рисунок 1.2 - Установка нониуса: А — на размер 0,6 мм; Б — на размер 7 мм; В — на размер 7,4 мм 5 Если нулевой штрих нониуса совпал с каким-либо штрихом на штанге, например, с седьмым, то это деление и указывает действительный размер в миллиметрах, т.е. 7 мм (рис. 1.3, Б). Если нулевой штрих нониуса не совпал ни с одним штрихом на штанге, то ближайший штрих на штанге слева от нулевого штриха нониуса показывает целое число миллиметров. Десятые доли миллиметра равны порядковой цифре штриха нониуса вправо, не считая нулевого, который точно совпал со штрихом штанги — основной шкалы (например, 7,4 мм на рис. 1.3, В). Кроме нониусов с величиной отсчета 0,1 мм применяются нониусы с величиной отсчета 0,05 и 0,02 мм. Штангенрейсмасы предназначаются для точной разметки и измерения высот от плоских поверхностей. Штангенрейсмас (рис. 1.4, а) состоит из основания 8, в котором жестко закреплена штанга 1 со шкалой; рамки 2 с нониусом 6 и стопорным винтом 3; устройства для микрометрической подачи 4, включающего в себя движок, винт, гайку и стопорный винт; сменных ножек для разметки 7 с острием и для измерения высот 9 с двумя измерительными поверхностями, нижней плоской и верхней в виде острого ребра шириной не более 0,2 мм (рис. 1.4, б); зажима 5 для закрепления ножек 7 и 9 и державки 10 на выступе рамки (рис. 1.4, в) для игл различной длины. Рисунок 1.3 – Штангенрейсмас Шкала и нониус такие же, как и у других штангенинструментов. Измерение или разметка штангенрейсмасом производится на разметочной плите. Перед измерением проверяется нулевая установка инструмента. Для этого рамку с ножкой опускают до соприкосновения с плитой или специальной базовой поверхностью (в зависимости от вида ножки). При таком положении нулевое деление нониуса должно совпасть с нулевым делением шкалы штанги. После выверки штангенрейсмаса можно приступать к измерениям. При измерении высоты детали опускают вручную рамку с ножкой, немного не 6 доводя ее до детали. Дальнейшее перемещение ножки до соприкосновения с деталью осуществляется с помощью гайки микрометрической подачи. Степень прижима ножки к детали определяется на ощупь. В установленном положении рамку закрепляют. При разметке размер устанавливается по шкалам нониуса и штанги заранее. Риска на детали прочерчивается острым концом ножки при перемещении штангенрейсмаса по плите. При измерении с помощью игл (рис. 1.3, в) необходимо от показания штангенрейсмаса М вычесть величину m, которая соответствует такому положению рамки 2, когда острие иглы находится в одной плоскости с плоскостью основания. Индикаторы часового типа. Вследствие небольшого предела измерений инструменты этой группы предназначаются главным образом для относительных (сравнительных) измерений путем определения отклонений от заданного размера. В сочетании со специальными приспособлениями эти приборы могут применяться и для непосредственных измерений. Они используются также и для контроля правильности геометрических форм деталей машин и их взаимного расположения. Наибольшее распространение из приборов этой группы получили индикаторы часового типа (рис. 1.4, а) с ценой деления 0,01 мм; применяются также индикаторы с ценой деления 0,002 мм. При перемещении измерительного стержня на 1 мм стрелка индикатора делает полный оборот. Индикаторы, пределы измерения которых более 3 мм, имеют счетчик оборотов стрелки. Практика измерений. Индикаторы часового типа применяют при измерениях радиального и осевого биения, отклонений от прямолинейности, отклонений положения одной детали относительно другой, при проверке взаимного расположения поверхностей и пр. Рисунок 1.4 - Индикатор часового типа (а) и установка индикатора для измерения: б — на универсальном штативе; в — различные способы крепления индикаторной головки на штативе При измерениях приспособления. применяют универсальный 7 штатив и другие Индикатор, установленный в универсальном штативе (рис. 1.4, б), может занимать самые различные положения по отношению к проверяемому изделию. Конструктивное оформление универсальных штативов может быть различным, но принципиальная схема их остается одной и той же. Варианты приведены на рис. 1.4, в. При любом измерении индикатором (абсолютном или относительном) его нужно установить в некоторое начальное положение. Для этого измерительный наконечник приводят в соприкосновение с поверхностью установочной меры (или столика). Индикатор подводят так, чтобы стрелка его сделала 1–2 оборота. Таким образом стержню индикатора дается натяг, чтобы в процессе измерения индикатор мог показать как отрицательные, так и положительные отклонения от начального положения или установочной меры. Стрелка индикатора при этом устанавливается против какого-либо деления шкалы. Дальнейшие отсчеты следует вести от этого показания стрелки, как от начального. Чтобы облегчить отсчеты, начальное показание обычно приводят к нулю. Установка индикатора на нуль осуществляется поворотом циферблата за рифленый ободок. При измерениях индикаторным нутромером его предварительно настраивают на измеряемый размер по микрометру, блоку плоскопараллельных концевых мер или калиброванному кольцу и после этого устанавливают на нуль. Настроенный нутромер осторожно вводят в измеряемое отверстие и небольшими покачиваниями (рис. 1.5, а) определяют отклонение стрелки от нулевого положения. Это и будет отклонение измеряемого размера от того, на который был настроен. В тех случаях, когда измерительный стержень индикаторной головки не может коснуться измеряемой поверхности, прибегают к специальным рычажным приспособлениям, соединенным с корпусом индикатора. Устройство этих приспособлений ясно из рисунка (рис. 1.5, б). Рисунок 5 - Индикаторный нутромер (а) и рычажные приспособления к индикатору (б), применяемые для измерений в труднодоступных местах 8 Микрометры для наружных измерений (рис. 1.6), микрометрические нутромеры и микрометрические глубиномеры относятся к микрометрическим инструментам. Рисунок 1.6 - Микрометр для наружных измерений: 1 — пятка; 2 — микрометрический винт; 3 — стопорная гайка; 4 — втулка; 5 — барабан; 6 — трещотка; 7 — скоба Отсчетное устройство микрометрических инструментов состоит из втулки 1 (рис. 1.7, а) и барабанчика 2. На втулке по обе стороны продольной линии нанесены две шкалы с делениями через 1 мм так, что верхняя шкала сдвинута по отношению к нижней на 0,5 мм. На скошенном конце барабанчика имеется круговая шкала с 50 делениями. При вращении барабанчик перемещается вдоль втулки и за один оборот проходит путь, равный 0,5 мм. Следовательно, цена деления шкалы барабанчика равна 0,5:50=0,01 мм. При измерениях целое число миллиметров отсчитывают по нижней шкале, половины миллиметров — по верхней шкале втулки, а сотые доли миллиметра — по шкале барабанчика. Число сотых долей миллиметра отсчитывают по делению шкалы барабанчика, совпадающему с продольной риской на втулке. Примеры отсчета по шкалам микрометра приведены на рис. 1.7. Рисунок 1.7 - Методика отсчета размеров по шкале микрометрического инструмента: а — 11,0 мм; б — 9,36 мм; в — 10,5 мм; г — 9,86 мм Чтобы при измерении микрометром ограничить силу натяжения на измеряемую деталь и обеспечить постоянство этой силы, микрометр снабжается трещоткой. Перед тем как прочесть показания микрометра, барабанчик закрепляют с помощью специального стопора. 9 Кроме обычных штангенциркулей и других инструментов с нониусной шкалой и шкалой часового типа применяют также и модели инструментов с электронными цифровыми индикаторами, которые выводят на экран в цифровом виде показания значений произведенного измерения. При эксплуатации измерительных приборов следует помнить, что измерительные поверхности у наконечников должны быть чистыми, а измеряемые поверхности деталей должны быть чистыми и их температура не должна отличаться от температуры измерительных приборов. Недопустимо измерять горячие детали точными измерительными приборами. В руках измерительные приборы долго держать нельзя, так как это влияет на точность измерений. Не допускается измерять подвижные детали, потому что это опасно, приводит к быстрому износу измерительных поверхностей инструмента и к потере точности результатов измерения. При кратковременном и длительном хранении измерительный инструмент протирают мягкой ветошью с авиабензином и смазывают тонким слоем технического вазелина. Измеряющие поверхности наконечников отделяют друг от друга, а стопоры ослабляют. При длительном хранении инструменты обертывают промасленной бумагой. Перед тем как приступить к измерениям рекомендуют проверить нуль показаний средств измерения. Для этого предварительно настраивают показания шкалы инструмента на измеряемый размер по мерным плиткам (плоскопараллельным концевым мерам) или по калиброванному кольцу или валику и таким образом определяют положение нуля при измерениях. Щупы служат для определения величины зазоров с точностью 0,01 мм (рис. 1.8). Рисунок 1.8 - Набор щупов Щупы изготовляются 1-го и 2-го классов точности с толщиной пластин от 0,03 до 1 мм и с интервалом 0,01 мм или больше, в зависимости от номера набора. Поверочные плиты (рис. 1.9) являются основными средствами проверки плоскостности поверхности детали методом на краску. Плиты изготовляют из чугуна размерами от 100х200 до 1000х1500 мм. На поверхности плит не должно быть коррозийных пятен или раковин. 10 Поверочные плиты служат не только для контроля плоскостности. Их широко используют в качестве базы для различных контрольных операций с применением универсальных средств измерений (рейсмусов, индикаторных стоек и др.) Рисунок 1.9 - Поверочные плиты Отклонения от плоскостности и прямолинейности (отклонения формы плоских поверхностей) контролируют с помощью поверочных линеек (рис. 1.10). Поверочные линейки выпускают лекальные с двусторонним скосом (рис. 1.10, а); трехгранные (рис. 1.10, б) и четырехгранные (рис. 1.10, в); с широкой рабочей поверхностью (прямоугольного сечения (рис. 1.10, г) и двутаврового сечения (рис. 1.10, д), «чугунные мостики» (рис. 1.10, е). Рисунок 1.10 - Поверочные линейки Линейки выпускаются различных размеров (LxHxB мм): а – до 320х40х8; б – до 320х30; в – до 320х25; г – до 1000х60х12; д – до 4000х160х30. Поверочные линейки изготовляют длиной: лекальные — до 500 мм, «чугунные мостики» — до 2500 мм и более. Лекальные применяют для контроля прямолинейности поверхности детали «на просвет», а поверочные линейки «чугунные мостики» — применяют для проверки прямолинейности «на краску», с помощью щупа или папиросной бумажки. При проверке на просвет (рис. 1.11, а) лекальную линейку укладывают острым скосом на проверяемую поверхность, а источник света помещают сзади линейки и детали. Минимальная ширина щели, улавливаемая глазом, составляет 3…5 мкм. Для контроля щели просвета обычно используют щупы. 11 Рисунок 1.11 - Схема контроля отклонения от плоскостности лекальной линейкой «на просвет»: а — визуально; б — с образцом просветов Измерение отклонений от прямолинейности лекальными линейками «на просвет» требует навыка от исполнителя. Для выработки навыка оценивать на глаз по величине просвета величину отклонения от прямолинейности применяют образец просветов (рис. 1.11, б), который состоит из лекальной линейки 1, комплекта из четырех концевых мер длины с градацией 1 мкм, двух одинаковых концевых мер длины (2) и стеклянной пластины 3. При измерении между концевыми мерами длины и ребром линейки образуются «просветы», окрашенные в разные цвета вследствие дифракции видимого света и от величины зазора между линейкой и концевой мерой длины. 1.2 Системы регулирования автоматического контроля, управления и Все элементы автоматики по характеру и объему выполняемых операций подразделяют на системы: автоматического контроля, автоматического управления, автоматического регулирования. Система автоматического контроля (рис. 1.12) предназначена для контроля за ходом какого-либо процесса. Такая система включает датчик В, усилитель А, принимающий сигнал от датчика и передающий его после усиления на специальный элемент Р, который реализует заключительную операцию автоматического контроля — представление контролируемой величины в форме, удобной для наблюдения или регистрации. В частном случае в качестве исполнительного элемента Р могут служить сигнальные лампы или звуковые сигнализаторы. Систему с такими элементами называют системой сигнализации. 12 Рисунок 1.12 - Система автоматического контроля В систему автоматического контроля кроме указанных на рис. 1.12, а могут входить и другие элементы - стабилизаторы, источники питания, распределители (при наличии нескольких точек контроля или нескольких датчиков в одном исполнительном элементе Р) и т. д. Независимо от количества элементов системы автоматического контроля являются разомкнутыми и сигнал в них проходит только в одном направлении — от объекта контроля Е к исполнительному элементу Р. Система автоматического управления предназначена для частичного или полного (без участия человека) управления объектом либо технологическим процессом. Эти системы широко применяют для автоматизации, например, процессов пуска, регулирования частоты вращения и реверсирования электродвигателей в электроприводах всех назначений. Необходимо указать на такую важную разновидность систем автоматического управления, как системы автоматической защиты, которые не допускают аварийного или предельного режима, прерывая в критический момент контролируемый процесс. Система автоматического регулирования поддерживает регулируемую величину в заданных пределах. Это наиболее сложные системы автоматики, объединяющие функции автоматического контроля и управления. Составная часть этих систем - регулятор. Если системы выполняют только одну задачу — поддерживают постоянной регулируемую величину, их называют системами автоматической стабилизации. Однако существуют такие процессы, для которых необходимо изменять во времени регулируемую величину по определенному закону, обеспечивая ее стабильность на отдельных участках. В этом случае автоматическую систему называют системой программного регулирования. Для обеспечения постоянства регулируемой величины можно использовать один из принципов регулирования - по отклонению, возмущению или комбинированный, которые будут рассмотрены применительно к системам регулирования напряжения генераторов постоянного тока. При регулировании по отклонению (рис. 1.13 и 1.14) элемент сравнения UN сравнивает фактическое напряжение Uф с заданным Uз, определяемым задающим элементом EN. После сравнения на выходе элемента UN появляется сигнал ΔU=Uз-Uф, пропорциональный отклонению напряжения от заданного. Этот сигнал усиливается усилителем А и поступает на рабочий орган L. Изменение напряжения на рабочем органе L, которым является обмотка возбуждения генератора G, приводит к изменению фактического напряжения генератора, устраняющего его отклонение от заданного. 13 Усилитель А, не изменяющий принципа действия системы, необходим для ее практической реализации, когда мощность сигнала, поступающего от элемента сравнения UN, недостаточна для воздействия на рабочий орган L. Рисунок 1.13 - Система автоматического регулирования Рисунок 1.14 - Автоматическое регулирование по отклонению Наряду с задающим воздействием на систему могут влиять различные дестабилизирующие факторы Q, которые вызывают отклонение регулируемой величины от заданной. Воздействия дестабилизирующих факторов, один из которых условно обозначен на рисунке буквой Q, могут проявляться в различных местах системы и, как принято говорить, поступать по различным каналам. Так, например, изменение температуры окружающей среды приводит к изменению сопротивления в цепи обмотки возбуждения, что в свою очередь влияет на напряжение генератора. Однако где бы ни возникали воздействия Q (со стороны потребителя — ток нагрузки, вследствие изменения параметров цепи возбуждения), система регулирования будет реагировать на вызванное ими отклонение регулируемой величины от заданной. Наряду с рассмотренным принципом регулирования используют регулирование по возмущению, при котором в системе предусматривают специальные элементы, измеряющие воздействия Q и влияющие на рабочий орган. В системе, использующей только такой принцип регулирования (рис. 1.15 и 1.16), фактическое значение регулируемой величины не учитывается. Принимают во внимание только одно возмущающее воздействие — ток 14 нагрузки Iн. В соответствии с изменением тока нагрузки происходит изменение магнитодвижущей силы (МДС) обмотки возбуждения L2, являющейся измерительным элементом данной системы. Изменение МДС этой обмотки приводит к соответствующему изменению напряжения на выводах генератора. Рисунок 1.15 - Автоматическое регулирование по возмущению Рисунок 1.16 - Принципиальная схема системы автоматики Система, осуществляющая комбинированное регулирование (по отклонению и возмущению), может быть получена объединением ранее рассмотренных систем в одну (рис. 1.17) Рисунок 1.17 - Система автоматики комбинированного регулирования В системе автоматического регулирования задающий элемент представлял собой эталон напряжения, с которым сравнивалась регулируемая величина Uф. Значение Up принято называть уставкой регулятора. В общем случае регулируемую величину обозначают буквой Y, а ее уставку Yo. Если уставку Yo в заданных пределах оператор изменяет вручную, а регулируемой величиной является Y, система работает в режиме стабилизации. Если уставка регулятора изменяется произвольно во времени, система автоматики, поддерживая значение ΔY = Yo – Y =0, будет работать в следящем режиме, т. е. следить за изменением Yo. 15 И наконец, если уставку Yo изменять не произвольно, а по заранее известному закону (программе), система будет работать в режиме программного управления. Такие системы называют системами программного регулирования. не имеет замкнутой цепи воздействия по регулируемой величине, поэтому ее называют разомкнутой. Системы автоматики по принципу действия подразделяют на статические и астатические. В статических системах регулируемая величина не имеет строго постоянного значения и с увеличением нагрузки изменяется на некоторую величину, называемую ошибкой регулирования. Рассмотренные системы (рис. 1.12 – 1.17) являются примерами простейших статических систем. Наличие ошибки регулирования в них обусловлено тем, что для обеспечения большего тока возбуждения необходимо большее отклонение напряжения. Рисунок 1.18 - Внешние характеристики систем автоматики: а - статической, б – астатической Зависимость напряжения генератора от тока нагрузки в виде прямой наклонной линии показана на рис. 1.18, а. Наибольшее относительное отклонение напряжения от заданного называют статизмом системы по напряжению: Δ=(Umax-Umin)/Umax, где (Umax, Umin - напряжения генератора на холостом ходу и под нагрузкой. Обобщая сделанное заключение для любой статической системы, можно записать: Δ = (Ymax-Ymin)/Ymax, где Y — регулируемая величина. Иногда статизм определяют по другой формуле: Δ = (Ymax-Ymin)/Yср, причем Yср=0,5(Ymax+Ymin) - среднерегулируемая величина Y. Статизм называют положительным, если с ростом нагрузки значение Y уменьшается, и отрицательным, если значение Y увеличивается. В астатических системах статизм равен нулю и поэтому зависимость регулируемой величины от нагрузки представляет собой линию, параллельную оси нагрузки (рис. 1.18, б). Рассмотрим, например, астатическую систему автоматики (рис. 1.19), в которой напряжение генератора регулируется изменением сопротивления реостата R, включенного в цепь обмотки возбуждения L. 16 Рисунок 1.19 - Астатическая система автоматики Серводвигатель М начинает вращаться и перемещать ползунок реостата R всякий раз, когда на входе усилителя А появляется сигнал ΔU об отклонении напряжения генератора Uср от заданного значения Up. Ползунок реостата перемещается до тех пор, пока сигнал об отклонении не станет равным нулю. Такая система отличается от другой системы тем, что для поддержания нового значения тока возбуждения не требуется сигнала на выходе усилителя А. Это отличие и позволяет избавиться от статизма. Во всех ранее приведенных примерах предполагалось, что воздействие на рабочий орган производилось непрерывно в течение всего промежутка времени, пока существует отклонение регулируемой величины от заданной. Такое управление называется непрерывным, а системы — системами непрерывного действия. Однако существуют системы, называемые дискретными, в которых воздействие на рабочий орган осуществляется с перерывами, например, система регулирования температуры подошвы утюга, в которой регулирующее воздействие может принимать только одно из двух фиксированных значений при непрерывном изменении регулируемой величины — температуры. В этой системе регулирование температуры осуществляется включением и отключением нагревательного элемента R по сигналу датчика температур. При увеличении температуры сверх уставки датчик размыкает свой контакт и отключает нагревательный элемент. При снижении температуры ниже уставки нагревательные элементы включаются. Эта система не имеет устойчивого промежуточного состояния рабочего органа, а он занимает лишь два положения — включено в сторону "больше" или включено в сторону "меньше". Для обеспечения необходимого качества процесса регулирования в системе могут быть предусмотрены специальные устройства, называемые обратными связями. Эти устройства отличаются от других тем, что сигнал в них имеет направление, обратное основному управляющему сигналу. Для примера на рис. 19 изображена обратная связь Е по отклонению регулируемой величины ΔU, соединяющая выход усилителя А со входом элемента сравнения UN. При положительной обратной связи Е на выходе 17 элемента сравнения UN получается сумма величин ΔU и Z, а при отрицательной — их разность. Рисунок 1.20 - Структурная схема системы телемеханики Рассмотренные системы автоматики предполагают непосредственную связь всех входящих в них элементов. Если элементы системы автоматики расположены на значительном удалении друг от друга, для их соединения используют передатчики, каналы связи и приемники. Такие системы называют телемеханическими. Телемеханическая система состоит из пункта управления, где находится оператор, управляющий работой системы, одного или нескольких контролируемых пунктов, на которых расположены объекты контроля A1 An, линий связи L1A - LnA (каналы передачи данных), соединяющих пункт управления Е1М с контролируемыми пунктами Е2А - Еn (рис. 1.20). В телемеханической системе по линиям связи можно передавать как все, так и некоторые виды контрольной и управляющей информации. При передаче информации только о параметрах ОК телемеханическую систему называют системой телеизмерения, в которой сигналы с выходов датчиков (измерительных преобразователей, установленных на ОК) передаются на пункт управления Е1М и воспроизводятся в виде показаний стрелочных или цифровых измерительных приборов. Информация может передаваться как непрерывно, так и периодически, в том числе и по команде оператора. Если на пункт управления передается только информация о состоянии, в котором находится тот или иной объект контроля ("включен", "выключен", "исправен", "неисправен"), такую систему называют системой телесигнализации. Телесигнализация, как и телеизмерение, выдает оператору исходные данные для принятия решения по управлению ОК или служит для выработки управляющих воздействий в системах телеуправления и телерегулировки. Основное отличие этих систем от предыдущих заключается в том, что в первой 18 из них используются дискретные сигналы типа "включить", "выключить", а во второй — непрерывные, подобно обычным системам регулирования. 1.3 Классификация и назначение электроприводов, физические процессы в электроприводах Для приведения в движение исполнительных органов рабочих машин и механизмов и управления этим движением электропривод (ЭП) включает в себя совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих друг с другом электротехнических, электромеханических и механических элементов и устройств. Такая электромеханическая система и получила название электрического привода, общая структурная схема которого приведена на рис. 1.21. Основным элементом ЭП является электрический двигатель (ЭД), который вырабатывает механическую энергию (МЭ) за счет потребляемой от источника электроэнергии (ИЭЭ) электрической энергии (ЭЭ). В некоторых режимах работы ЭП электродвигатель осуществляет и обратное преобразование энергии, получая механическую энергию от исполнительных органов (ИО) и работая при этом в генераторном режиме. От электродвигателя механическая энергия подается на исполнительный орган (ИО) рабочей машины (РМ) через механическую передачу (МП). В некоторых случаях ИО непосредственно соединяется с ЭД, что соответствует так называемому безредукторному ЭП. Рисунок 1. 21 - Структурная схема электропривода Электрическая энергия поступает в ЭП от источника электроэнергии через преобразователь электрической энергии (Пр). Функции управления и автоматизации работы ЭП осуществляются устройством управления (УУ). Это устройство вырабатывает сигнал управления U с использованием сигнала задания (уставки) U, задающего характер движения исполнительного органа, дополнительных сигналов U (сигналов обратных связей), дающих информацию о ходе технологического 19 процесса, характере движения исполнительного органа и работе отдельных элементов ЭП, а также сигналов системы защиты, блокировок и сигнализации U. Сигналы Uс и U поступают от соответствующих датчиков переменных ЭП и технологического оборудования. Для преобразования этих сигналов в состав устройства управления входят устройства сопряжения и обработки поступающей информации. Преобразователь Пр вместе с устройством управления УУ образуют систему управления СУ электропривода. Итак, электрическим приводом называется электромеханическая система, состоящая из взаимодействующих электрических, электромеханических и механических преобразователей, а также управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса. Назначение указанных на рис. 1.21 элементов состоит в следующем. Электродвигатель (ЭД) — электромеханический преобразователь, предназначенный для преобразования электрической энергии в механическую, в некоторых режимах работы ЭП — для обратного преобразования энергии. В его качестве используются двигатели постоянного тока с различными видами возбуждения, асинхронные и синхронные двигатели, шаговый двигатель, вентильный и вентильно-индукторный двигатели, двигатели с катящимися и волновыми роторами, редукторные и другие типы двигателей. Преобразователь электроэнергии (Пр) — электротехническое устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии одних параметров или показателей в электроэнергию других параметров или показателей и управления процессом преобразования энергии. Примерами этих устройств являются выпрямитель, преобразователь частоты, регуляторы напряжения постоянного и переменного тока, инверторы, импульсные преобразователи напряжения. Механическая передача (МП) — механический преобразователь, предназначенный для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному органу рабочей машины и согласования вида и скоростей их движения. В ее качестве используются редуктор, волновая передача, передача винт — гайка, реечная, цепная и ременная передачи, кривошипно-шатунный механизм и ряд других механических устройств. Управляющее устройство (УУ) — совокупность элементов и устройств, предназначенная для формирования управляющих воздействий в ЭП и обеспечивающая взаимодействие ЭП с сопредельными системами и его отдельных частей. В его составе могут использоваться цифровые и аналоговые регуляторы, микропроцессорные средства управления, реле различного типа, устройства памяти, логические устройства, драйверы, цифроаналоговые (ЦАП) и аналого- цифровые (АЦП) преобразователи, разнообразные датчики переменных ЭП и технологического процесса. 20 Система управления ЭП (СУ) — совокупность преобразователя электроэнергии и устройства управления, предназначенная для управления электромеханическим преобразованием энергии с целью обеспечения заданного движения исполнительного органа рабочей машины. Рабочая машина (РМ) — машина, осуществляющая изменение формы, свойств, состояния и положения предметов труда. Исполнительный орган рабочей машины (ПО) — движущийся элемент рабочей машины, выполняющий технологическую операцию. ЭП классифицируются по характеру движения, типам электродвигателя и силового преобразователя, количеству используемых электродвигателей, структурам и технической реализации систем управления, наличию или отсутствию механической передачи и т.д. Выделим наиболее важные составляющие. 1. По соотношению числа двигателей и исполнительных органов рабочих машин различают: • групповые ЭП, обеспечивающие движение исполнительных органов нескольких рабочих машин или движение нескольких исполнительных органов одной рабочей машины; • индивидуальные ЭП, обеспечивающие движение одного исполнительного органа одной рабочей машины; • взаимосвязанные ЭП, состоящие из двух или более двигателей или механически связанных между собой ЭП, при работе которых поддерживается заданное соотношение их скоростей и (или) нагрузок, и (или) положения исполнительных органов рабочих машин. При наличии механической связи между ЭП взаимосвязанный ЭП называется многодвигательным, при наличии электрической связи — электрическим валом. 2. По характеристике движения исполнительных органов рабочих машин различают: • ЭП вращательного движения, обеспечивающие вращательное движение исполнительных органов рабочих машин; • ЭП поступательного движения, обеспечивающие поступательное движение исполнительных органов рабочих машин; • ЭП возвратно-поступательного движения, обеспечивающие возвратнопоступательное (вибрационное) движение исполнительных органов рабочих машин; • ЭП непрерывного движения, обеспечивающие непрерывное движение исполнительных органов рабочих машин; • ЭП дискретного движения, обеспечивающие дискретное перемещение исполнительных органов рабочих машин; • реверсивные ЭП, обеспечивающие движение исполнительных органов рабочих машин в любом из двух противоположных направлений; • нереверсивные ЭП, обеспечивающие движение исполнительных органов рабочих машин только в одном направлении; • многокоординатные ЭП, обеспечивающие движение исполнительных органов рабочих машин по двум или более пространственным координатам; 21 • моментный ЭП, обеспечивающий заданный момент или усилие на исполнительных органах рабочих машин; • позиционный ЭП, обеспечивающий перемещение и установку исполнительных органов рабочих машин в заданное положение; • многоскоростные ЭП, обеспечивающие движение исполнительных органов рабочих машин с любой из двух или более фиксированных скоростей; • регулируемые ЭП, обеспечивающие управляемое изменение координат движения исполнительных органов рабочих машин; • нерегулируемые ЭП, не обеспечивающие управляемое изменение координат движения исполнительных органов рабочих машин; • ЭП согласованного движения, обеспечивающие согласованное движение двух или более исполнительных органов рабочих машин. 3. По характеристике и структуре системы управления различают: • неавтоматизированные ЭП, операции по управлению которыми выполняет оператор; • автоматизированные ЭП, все или часть операций управления в которых выполняют устройства управления; • следящие ЭП, обеспечивающие перемещение исполнительных органов рабочих машин в соответствии с произвольно изменяющимся входным задающим сигналом; • ЭП с программным управлением, обеспечивающие перемещение исполнительных органов рабочих машин в соответствии с заданной программой; • адаптивные ЭП, автоматически избирающие структуру и (или) параметры своей системы управления при изменении возмущающих воздействий; • ЭП с регулированием энергетических показателей, обеспечивающие заданный закон изменения одного или нескольких энергетических показателей работы; • ЭП с разомкнутой (замкнутой) системой управления, в которых отсутствуют (имеются) обратные связи по регулируемым координатам и (или) по возмущающему воздействию. 4. По технической (аппаратной) реализации элементов ЭП различают: • ЭП постоянного (переменного) тока, содержащие двигатели постоянного (переменного) тока; • тиристорные (транзисторные) ЭП, содержащие тиристорные (транзисторные) преобразователи электроэнергии; • система «генератор — двигатель» (система «статический преобразователь — двигатель») — ЭП, в состав которых входят электромашинные (статические) преобразователи электроэнергии; • ЭП с релейно-контакторным (бесконтактным) управлением, система управления которыми реализована на основе релейноконтакторной (бесконтактной) аппаратуры; 22 • ЭП с мехатронным модулем, объединяющим двигатель с электронными и электромеханическими компонентами управления, диагностики и защиты; • редукторный (безредукторный) ЭП, механическая передача которых содержит (не содержит) редуктор; • маховичный ЭП, механическая передача которых содержит маховик; • дифференциальный ЭП, представляющий собой многодвигательный ЭП, в котором скорость и момент двигателей алгебраически суммируются с помощью механического дифференциала; • ЭП с тормозным устройством (управляемой муфтой), механическая передача которых содержит тормозное устройство (управляемую муфту). 1.4 Техническое производства обслуживание установок для аддитивного 1.4.1 Контроль и осмотр узлов 3D-принтера Контроль и осмотр узлов 3D-принтера проводится для выявления отклонений, приводящих к поломкам, которые могут привести к простою оборудования. На что следует обратить внимание: Необходимо проверить экструдер на предмет подтекания пластика. Скопления полимерного материала могут образовываться либо сверху, либо снизу нагревательного блока. В случае обнаружения следует очистить все элементы от полимерного материала и подтянуть сопло. Если своевременно заметив подтекающее сопло, можно предотвратить выход из строя нагревателя и терморезистора. Далее следует перейти к осмотру кинематики. Необходимо контролировать появление износа на валах так как часто бывает так, что пользователь не замечает, что линейный подшипник клинит, а на валах появляются соответствующие риски и задиры. До определенной глубины их можно убрать шлифованием. Поэтому чем раньше этот износ будет диагностирован, а линейный подшипник заменен, тем меньше вероятность попасть на замену дорогостоящего вала. Ремни, также как и валы, подвержены износу. Это может быть как износ рабочей поверхности ремня, так и повреждение корда. В любом случае осматриваем и проверяем состояние и натяжение ремней. Если перетянуть ремень, то может нарушиться целостность его корда, такой ремень нужно будет менять. Также нужно проверить шкивы шаговых двигателей, нет ли холостого вращения. В случае необходимости затянуть стопорные винты. Кинематику 3D-принтера необходимо регулярно проверять на предмет отсутствия люфта. По большей части люфты отразятся на качестве поверхности печатного изделия. Необходимо взять каретку и движениями рук на излом попробовать ее подергать. Если не будет никаких характерных стуков, то все в порядке. Если есть стуки, то нужно провериь натяжение 23 винтов. Перекос осей во время печати может привести к выходу из строя как линейных подшипников, так и высокому износу валов. Следует проверить, работают ли вентиляторы обдува 3D-принтера и радиатора экструдера, перегрев может привести к выходу из строя драйверов шаговых двигателей. 1.4.2 Техническое обслуживание 3D-принтера Очистка механизма подачи филамента. Путей его загрязнения несколько, но от одно от них можно легко избавиться, установив фильтр филамента. Он представляет собой колбу с помещенной внутрь губкой, которая призвана очистить пруток от скопившейся пыли и прочих загрязнений. Стол 3D-принтера также необходимо поддерживать в чистоте. Нужно периодически протирать его салфеткой, смоченной в ацетоне. Винт подъема стола также нуждается в очистке от пыли и загрязнений перед смазкой. Опускаем стол вниз и наносим смазку на винт над гайкой, после чего поднимаем стол в верхнее конечное положение и наносим смазку вниз от гайки и снова прогоняем стол. Затем если образовались излишки смазки, нужно удалить их. Также нужно произвести техническое обслуживание экструдера. Провести очистку от пыли и загрязнений вентиляторы обдува модели и радиатора. Лучше всего это делать пылесосом. Далее нужно обратить внимание на валы. Если уплотнители линейных подшипников работают хорошо, то будет наблюдаться скопление пыли, перемешанной со смазкой в конечных положениях осей. Нужно удалять ее по мере накопления. Легче всего это делать бумажным полотенцем. Следующим шагом является смазка линейных подшипников. В идеале они должны наполняться нужным количеством смазки еще на заводе изготовителе. Причем это базовое наполнение рассчитывается на весь срок эксплуатации подшипника. Но делается это или нет не известно. Бывают что они только покрыты жидкой смазкой для исключения коррозии. Поэтому лучше его снять и внутрь добавить смазку, так как наносить ее на направляющие не имеет смысла, так как уплотнители ее снимут и внутрь ничего не попадет. 24 2 ПРИМЕНЕНИЕ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ В УСТАНОВКАХ ДЛЯ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА 2.1 Принцип работы шагового двигателя Шаговый двигатель это бесколлекторный синхронный двигатель, ротор которого совершает дискретные перемещения (шаги) определенной величины с фиксацией положения ротора в конце каждого шага. Т.е. перемещение ротора происходит шагами известной величины. Подсчитав шаги можно определить, на сколько изменилось положение ротора, вычислить его абсолютную позицию. Объединяя в себе двигатель и позиционирующее устройство без обратной связи, шаговый двигатель является идеальным приводом в промышленном оборудовании, станках с ЧПУ, робототехнике. Представим себе двухполюсный постоянный магнит на валу двигателя – это ротор, окруженный замкнутым магнитопроводом с четырьмя обмотками - статор. Вернее это две обмотки AB и CD с половинками, расположенными на противоположных полюсах статора. Рисунок 2.1 – Шаговый двигатель (положение ротора1) Подключим к источнику напряжения обмотку AB (полярность + -) как показано на рисунке. Ток в этой обмотке вызовет появление магнитного поля статора с полюсами сверху N, снизу S. Как известно разноименные полюса магнитов притягиваются. В результате ротор (постоянный магнит) займет положение (рис. 2.1), в котором оси магнитных полей ротора и работающих полюсов статора совпадают. Механическое положение будет устойчивым. При попытке сдвинуть ротор, возникнет сила, возвращающая его назад. 25 Рисунок 2.2 – Шаговый двигатель (положение ротора 2) Теперь снимем напряжение с обмотки AB и подадим на обмотку CD (полярностью + -). Ток в обмотке CD вызовет магнитное поле с горизонтальными полюсами, слева S, справа N. Магнитное поле делает все, чтобы магнитный поток замкнулся по минимальному пути. Ротор повернется в положение, указанное на рис. 2.2. Механическое положение ротора опять устойчивое. Это был первый шаг двигателя. В нашем случае он равен одной четвертой оборота. Рисунок 2.3 – Шаговый двигатель (положение ротора 3) Отключаем обмотку CD и подаем напряжение опять на обмотку AB, но уже в другой полярности (- +). Опять магнитное поле статора повернется на 90°, а за ним и ротор (рис. 2.3). 26 Рисунок 2.4 – Шаговый двигатель (положение ротора 4) Еще одна коммутация AB - отключаем, CD - подключаем (полярность +) и ротор совершает еще один шаг на одну четвертую окружности (рис. 2.4). Следующая коммутация (с которой мы начали) вернет ротор в исходное положение. Мы сделали полный поворот за 4 шага. Если продолжить переключение фаз, ротор будет вращаться с частотой, пропорциональной частоте переключения фазных обмоток. Если коммутировать фазы в противоположной последовательности – крутиться в обратном направлении, прекратить коммутацию - остановится. 2.2 Биполярные и униполярные шаговые двигатели Рисунок 2.5 – Биполярный шаговый двигатель Биполярный двигатель (рис. 2.5) имеет по одной обмотке для каждой фазы. Для изменения магнитного поля должна обеспечиваться сложная коммутация обмоток. Каждая обмотка: отключается от источника напряжения, подключается в прямой полярности подключается с противоположной полярностью. Для такой коммутации требуется сложный мостовой драйвер. Примером такого устройства является микросхема L298N. Микросхема обеспечивает ток коммутации до 2 А. Если нужны большие токи, то задача управления биполярным двигателем еще усложняется. 27 Существует другой способ изменения магнитного поля в статоре с гораздо более простой схемой коммутации. Это применение двигателя с униполярными обмотками. Схема двухфазного шагового двигателя с униполярными обмотками и последовательность коммутаций обмоток выглядит так. Рисунок 2.6 - Схема двухфазного шагового двигателя с униполярными обмотками (положение ротора 1) У всех четырех обмоток один вывод подключен к плюсовому выводу источника питания. А другие выводы A, B, C, D последовательно коммутируются к минусовому сигналу. Соответствующие обмотки создают магнитное поле, и ротор поворачивается вслед за ним (рис. 2.7). Рисунок 2.7 - Схема двухфазного шагового двигателя с униполярными обмотками с разным положением ротора Для коммутации обмоток таким способом достаточно четырех ключей, замыкающих обмотки на землю. Ключи часто управляются непосредственно с выводов микроконтроллеров. Иногда средние выводы обмоток конструктивно объединены внутри двигателя. Иногда выводятся все выводы отдельно, при этом двигатель так же будет двухфазным (рис. 2.8). 28 Рисунок 2.8 – Обмотки двухфазного униполярного шагового двигателя Биполярный двигатель обеспечивает, при тех же размерах, больший крутящий момент, по сравнению с униполярным. Одновременно в униполярном двигателе работает только одна обмотка, вместо двух. Преимущество в моменте у биполярного двигателя составляет около 40%. Но униполярным двигателем гораздо проще управлять, если нет необходимости использовать двигатель на полную мощность. 2.3 Разновидности шаговых двигателей Основные виды шаговых двигателей: с переменным магнитным сопротивлением с постоянными магнитами гибридные. 2.3.1 Шаговые двигатели с переменным магнитным сопротивлением У двигателей с переменным магнитным сопротивлением в роторе нет постоянных магнитов. Их ротор выполнен из магнитомягкого материала и имеет зубчатую форму. Магнитный поток замыкается через ближайшие к полюсам статора зубцы. Зубцы притягиваются к полюсам. Этим и обеспечивается вращение. При тех же размерах, двигатели с переменным магнитным сопротивлением имеют меньший крутящий момент, чем другие типы шаговых двигателей. Применяются они довольно редко. 2.3.2 Двигатели с постоянными магнитами У шаговых двигателей этого вида ротор содержит постоянные магниты. Общий принцип действия шагового двигателя был рассмотрен на двигателе с постоянным магнитом. Только в реальных двигателях магнитов больше. На рисунке 2.9 приведен пример двигателя с тремя парами полюсов ротора. 29 Рисунок 2.9 – Шаговый двигатель с постоянными магнитами У реальных двигателей с постоянными магнитами число шагов на оборот доходит до 48, что соответствует углу шага 7,5°. 2.3.3 Гибридные двигатели Гибридные двигатели обеспечивают меньшую величину шага, больший момент и скорость. Число шагов на оборот для такого типа двигателей доходит до 400 (угол шага 0,9°). При этом они более сложные в изготовлении и более дорогие. По принципу действия гибридные двигатели эквивалентны двигателям с постоянными магнитами, но с гораздо большим числом полюсов. Это самый распространенный тип шаговых двигателей. 2.4 Режимы управления шаговым двигателем Существуют три режима управления шаговым двигателем: полношаговый полушаговый микрошаговый. 2.4.1 Полношаговый режим Первый способ был описан в примерах выше. Это попеременная коммутация фаз, фазы не перекрываются, в каждый момент времени к источнику напряжения подключена только одна фаза. Способ называется на английском языке one phase on full step – одна фаза на полный шаг. Точки равновесия ротора совпадают с полюсами статора (рис. 2.10). Недостатком этого режима является то, что в один и тот же момент используется половина обмоток для биполярного двигателя, и только четверть для униполярного. 30 Рисунок 2.10 – Полношаговый режим управления шаговым двигателем (one phase on full step – одна фаза на полный шаг) Есть вариант полношагового режима управления при котором в одно и то же время включены две фазы (wo-phase-on full step – две фазы на полный шаг). При таком способе ротор фиксируется между полюсами статора за счет подачи питания на все обмотки (рис. 2.11). Рисунок 2.11 – Полношаговый режим управления шаговым двигателем (wo-phase-on full step – две фазы на полный шаг) Это позволяет увеличить крутящий момент двигателя на 40%. Угол шага не меняется, просто ротор в состоянии равновесия смещен на пол шага. 2.4.2 Полушаговый режим. Этот способ позволяет от двигателя получить в два раза больше шагов на оборот ротора. Каждый второй шаг включается одна фаза, а между ними включаются сразу две (рис. 2.12). 31 Рисунок 2.12 – Полушаговый режим управления шаговым двигателем В результате такой коммутации угловое перемещение шага уменьшается в два раза, или в два раза увеличивается число шагов. Полный момент получить в полушаговом режиме не удается. Несмотря на это, полушаговый режим используется часто, так как он очень простыми методами удваивает число шагов двигателя. Надо помнить, что для обоих режимов справедливо то, что при остановке двигателя со снятием напряжения со всех фаз, ротор двигателя находится в свободном состоянии и может смещаться от механических воздействий. Чтобы зафиксировать положение ротора, необходимо формировать в обмотках двигателя ток удержания. Этот ток может быть значительно меньше номинального. Способность шагового двигателя фиксировать свое положение при остановке позволяет обходиться без механических фиксаторов, тормозных систем и т.п. 2.4.3 Микрошаговый режим Для получения еще большего числа шагов двигателя применяют микрошаговый режим. Включают две фазы, как на полушаговом режиме, но токи обмоток распределяют не равномерно. Магнитное поле статора смещается между полюсов, смещается и положение ротора. Как правило, диспропорция токов между рабочими фазами происходит с определенной дискретностью, микрошагом. Бывают микрошаги величиной с треть от полного шага. Бывают значительно больше. Микрошаговый режим способен значительно повысить точность позиционирования шагового двигателя, но при этом система управления приводом становится намного сложнее. 2.5 Достоинства и недостатки шаговых двигателей Преимущества шаговых двигателей: точное позиционирование без обратной связи. число импульсов определяет угол поворота; 32 двигатель обеспечивает полный крутящий момент при снижении скорости вращения, вплоть до остановки; двигатель фиксирует свое положение при остановке за счет тока удержания; регулировка скорости вращения с высокой точностью без обратной связи; способность быстрого старта, остановки, реверса; высокая надежность. отсутствие коллекторных щеток. Недостатки шаговых двигателей: сложная система управления; невысокие скорости вращения; возможно явление резонанса; может произойти потеря позиционирования при механических перегрузках; низкая удельная мощность. Шаговому двигателю присущи определенные достоинства и недостатки, но есть области в точной механике, в которых он просто незаменим. Там, где надо перемещать механические узлы, мгновенно останавливать, двигать назад, регулировать скорость. Если попробовать мгновенно остановить коллекторный двигатель, недостатки шагового двигателя сразу станут незначительными. Если попробовать реализовать изменение скорости коллекторного двигателя в широких пределах, станет понятно, что проще поставить шаговый двигатель с его недостатками. 2.6 Характеристики шаговых двигателей Шаговый двигатель с точки зрения механики и электротехники очень сложное устройство, имеющее много механических и электрических параметров. Приведем расшифровку основных технических параметров, которые используются на практике. Количество полных шагов за один оборот. Основной параметр двигателя, определяющий его точность, разрешающую способность, плавность движения. На двигателях серии FL57 этот параметр составляет 200 и 400 шагов на оборот. Угол полного шага. Представление в другом виде предыдущего параметра. Показывает на какой угол повернется вал при одном полном шаге. Может быть подсчитан как 360° / количество полных шагов за оборот. Для двигателей серии FL57 составляет 1,8 ° и 0,9°. Номинальный ток. Основной электрический параметр. Наибольший допустимый ток, при котором электродвигатель может работать сколь угодно длительное время. Для этого тока указаны механические параметры двигателя. 33 Номинальное напряжение. Допустимое постоянное напряжение на обмотке двигателя в статическом режиме. Часто этот параметр не приводится. Вычисляется по закону Ома через номинальный ток и сопротивление обмотки. Сопротивление обмотки фазы. Сопротивление обмотки двигателя на постоянном токе. Параметр вместе с номинальным током, показывает какое напряжение можно подавать на обмотку двигателя. Индуктивность фазы. Параметр становится важным на значительных скоростях вращения. От него зависит скорость нарастания тока в обмотке. При высоких частотах переключения фаз приходится увеличивать напряжение, чтобы ток нарастал быстрее. Крутящий момент. Основной механический параметр. Показывает максимальный крутящий момент, который способен создать двигатель. Иногда приводится механическая характеристика в виде зависимости крутящего момента от частоты вращения. Момент инерции ротора. Характеризует механическую инерционность ротора двигателя. Чем этот параметр меньше, тем двигатель быстрее разгоняется. Удерживающий момент. Это крутящий момент при остановленном двигателе. При этом у двигателя должны быть запитаны две фазы номинальным током. Стопорный момент. Момент, необходимый чтобы провернуть вал двигателя при отсутствующем напряжении питания. Сопротивление изоляции. Как у всех электрических приборов – сопротивление между корпусом и обмотками. Пробивное напряжение. Минимальное напряжение, при котором происходит пробой изоляции между обмотками и корпусом. Параметр из раздела электробезопасности. 2.7 Драйверы шагового двигателя Шаговый двигатель — двигатель со сложной схемой управления, которому требуется специальное электронное устройство — драйвер. Драйвер шагового двигателя получает на входе логические сигналы STEP/DIR, которые, как правило, представлены высоким и низким уровнем опорного напряжения 5 В, и в соответствии с полученными сигналами изменяет ток в обмотках двигателя, заставляя вал поворачиваться в соответствующем направлении на заданный угол. Сигналы STEP/DIR генерируются ЧПУ-контроллером или персональным компьютером, на котором работает программа управления. Задача драйвера — изменять ток в обмотках как можно более эффективно. Поскольку индуктивность обмоток и ротор гибридного шагового двигателя постоянно вмешиваются в этот процесс, то драйверы весьма отличаются друг от друга своими характеристиками и качеством получаемого 34 движения. Ток, протекающий в обмотках, определяет движение ротора: величина тока задает крутящий момент, его динамика влияет на равномерность и т. п. Рассмотрим один из самых применяемых драйверов для шаговых двигателей, драйвер А4988 (рис. 2.13). Он работает от напряжения 8 - 35 В и может обеспечить ток до 1 А на фазу без радиатора (и до 2 A с радиатором). Модуль A4988 имеет защиту от перегрузки и перегрева. Одним из параметров шаговых двигателей является количество шагов на один оборот 360°. Например, для шаговых двигателей Nema17 это 200 шагов на оборот, т.е. 1 шаг равен 1.8°. Драйвер A4988 позволяет увеличить это значение за счёт возможности управления промежуточными шагами и имеет пять режимов микрошага (1(полный), 1/2, 1/4, 1/8 и 1/16). Технические характеристики A4988 напряжения питания: 8-35 В режим микрошага: 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 напряжение логики: 3-5.5 В защита от перегрева максимальный ток на фазу: - 1 А без радиатора; - 2 А с радиатором размер: 20 х 15 мм без радиатора: 2 г Назначение контактов драйвера A4988 ENABLE – включение/выключение драйвера MS1, MS2, MS3 – контакты для установки микрошага RESET - cброс микросхемы STEP - генерация импульсов для движения двигателей (каждый импульс – шаг), можно регулировать скорость двигателя DIR – установка направление вращения VMOT – питание для двигателя (8 – 35 В) GND – общий 2B, 2A, 1A, 1B – для подключения обмоток двигателя VDD – питание микросхемы (3.5 –5В) 35 Рисунок 2.13 - Драйвер А4988 Рисунок 2.14 - Выводы драйвера A4988 Значение микрошага устанавливается комбинацией сигналов на входах MS1, MS2, и MS3. Есть пять вариантов дробления шага (табл 1). Таблица 1 – Комбинация значений для выбора микрошага 36 MS1 1 1 1 MS1 1 1 1 MS1 1 Дробление шага 1 1/2 1/4 1/8 1/16 Для работы в режиме микрошага необходим слабый ток. На модуле A4988 поддерживает тока можно ограничить находящимся на плате потенциометром. Драйвер очень чувствителен к скачкам напряжения по питанию двигателя, поэтому производитель рекомендует устанавливать электролитический конденсатор большой емкости по питанию VMOT для сглаживания скачков. Подключение или отключение шагового двигателя при включённом драйвере может привести выходу двигателя из строя. Рисунок 2.15 - Схема подключения A4988 к плате Arduino Схема подключения драйвера A4988 для управления биполярным шаговым двигателем показана на рисунке 2.15. Вывод RESET подключен к выводу SLEEP, чтобы на нем был высокий уровень HIGH. Загрузим на плату Arduino скетч из листинга 1, который управляет движением биполярного шагового двигателя с постоянной скоростью на один оборот в одну сторону, затем в другую, и далее в цикле. Листинг 1: // пины для подключения контактов STEP, DIR #define PIN_STEP 3 #define PIN_DIR 2 // количество шагов на 1 оборот #define STEP_ROUND 200 // скорость двигателя #define SPEED 10 void setup() { 37 // режим для STEP и DIR как OUTPUT pinMode(PIN_STEP, OUTPUT); pinMode(PIN_DIR, OUTPUT); // начальные значения digitalWrite(PIN_STEP, 1); digitalWrite(PIN_DIR, 0); } void loop() { // направление вращения digitalWrite(PIN_DIR, HIGH); // сделать 1 оборот for(int j = 0; j < STEP_ROUND; j++) { digitalWrite(PIN_STEP, HIGH); delay(SPEED); digitalWrite(PIN_STEP, LOW); delay(SPEED); } // изменить направление вращения digitalWrite(PIN_DIR, HIGH); // сделать 1 оборот for(int j = 0; j < STEP_ROUND; j++) { digitalWrite(PIN_STEP, HIGH); delay(SPEED); digitalWrite(PIN_STEP, LOW); delay(SPEED); } } Если после загрузки скетча не происходит движения двигателя, необходимо проверить правильность подключения обмоток к выводам драйвера A4988. К выводам 2B и 2A (1A и 1B) подключаются провода двигателя, которые "прозваниваются" тестером. В качестве примера использования рассмотрим управление дроблением шага и направлением вращения шагового двигателя с платы Arduino. Нам потребуются следующие компоненты: Плата Arduino Uno -1; Драйвер A4988 - 1; Шаговый двигатель NEMA17 - 1; Потенциометр 10 кОм - 1; Кнопка - 1; Переключатель 2-х позиционный - 1; Резистор 10 кОм – 3; Провода MF - 20 Соединение деталей по схеме соединений на рис. 2.16. 38 Рисунок 2.16 - Схема подключения для управления скоростью и направлением движения Приступим к написанию скетча. Нажатие на кнопку включает/выключает двигатель, подавая сигнал LOW/HIGH на вход ENABLE драйвера A4988. С помощью переключателя выбираем направление вращения двигателя (сигнал с переключателя подается напрямую на вход DIR драйвера A4988). C помощью потенциометра мы выбираем один из режимов микрошага. Содержимое скетча представлено в листинге 2. двигателя с постоянной скоростью на один оборот в одну сторону, затем в другую, и далее в цикле. Листинг 2 // пины для подключения контактов STEP, DIR const int STEP 3 int DIR 2 // для регулировки скорости - пин потенциометра #define POT A0 // для кнопки #define BUTTON 9 // для включения/выключения #define EN 8 // количество шагов на 1 оборот #define ROUND 200 // скорость двигателя #define SPEED 10 // массив пинов для MS1,MS2,MS3 int pins_steps[]={7,6,5}; int steps[5][3]={ {0,0,0}, // 1 {1,0,0}, // 1/2 {0,1,0}, // 1/4 {1,1,0}, // 1/8 39 {1,1,1} // 1/16 }; // для кнопки int prevB=0; int tekB=0; boolean movement=false; void setup() { // режим для выводов STEP и DIR как pinModeSTEP, OUTPUT); pinMode(DIR, OUTPUT); // начальные значения digitalWrite(STEP, 1); digitalWrite(DIR, 0); // режим для enable pinMode(EN, OUTPUT); // не разрешать digitalWrite(EN, 1); // для MS1,MS2,MS3 for(int i=0;i<3;i++) { pinMode(pins_steps[i], OUTPUT); } } void loop() { // получить режим микрошага digitalWrite(DIR, 1); int mode=map(analogRead(POT),0,1024,0,5); // установить for(int i=0;i<3;i++) { digitalWrite(pins_steps[i], steps[mode][i]); } // сделать 1 оборот if(movement==true) { digitalWrite(STEP, 1); delay(SPEED); digitalWrite(STEP, 0); delay(SPEED); } // проверка нажатия кнопки tekB = debounce(prevB, BUTTON); if (prevB == 0 && tekB == 1) { movement=!movement; digitalWrite(EN,!movement); } prevB = tekB; } 40 // проверка на дребезг int debounce(int prev,int pin) { int tek = digitalRead(pin); if (prev != tek) { delay(5); tek = digitalRead(pin); return tek; } } 2.8 Ремонт и профилактика шагового двигателя Рассмотрим элементарные моменты эксплуатации шагового двигателя, без которых невозможно достойно сделать простую профилактику этой электрической машине. Ротор этого двигателя представляет собой сильно намагниченный цилиндр с ярко выраженным профилем в продольном исполнении. В таком же стиле выполнен профиль статора. Соответственно в работе этого двигателя фиксация равнодействующего магнитного поля играет решающую роль. Зазоры в двигателе выполнены с минимальными возможными припусками и малейшее отклонение вызывает нарушение его работы. Нарушить нормальную работу двигателя может хотя бы кусочек технологической стружки от обработки самого двигателя. Прежде, чем начать разборку двигателя, необходимо создать для этого условия: 1. Чем меньше двигатель по размерам, тем они должны быть жёстче. 2. Должна быть идеальная чистота на рабочем месте, какую только Вы можете себе представить. 3. Должен быть идеально чистым инструмент, которым Вы собираетесь работать и его наличие, о чём нужно позаботиться заранее. 4. Должны быть в наличии, к примеру, два-три полиэтиленовых пакета подходящих размеров и чистая обёрточная бумага. Все тряпки необходимо убрать. 5. Обеспечить наличие сжатого воздуха давлением примерно 6 атм. Выполнение этих требований может привести к положительному результату. Обычно торцевые крышки шаговых двигателей выполняются из немагнитных материалов, да ещё используются всевозможные сальники и всё для того, чтобы обеспечить внутри идеальную возможную чистоту. Поэтому начинать разборку двигателя лучше всего вдвоём, чтобы ненароком не расколоть торцевые крышки и не уронить двигатель на пол. 41 Рисунок 2.17 - Шаговый двигатель Сначала нужно отвинтить штыри, вынуть их и снять крышки. Рисунок 2.18 – Крышки шагового двигателя Далее необходимо достать ротор. После снятия передней крышки, мы наблюдаем прилипание ротора к статору. После снятия ротора необходимо завернуть его в полиэтиленовый пакет. Даже соприкосновение с одеждой чревато неприятными последствиями. Рисунок 2.19 – Ротор шагового двигателя 42 Затем необходимо тщательно проверить поверхность ротора и статора на наличие посторонних частиц, особенно металла. Рисунок 2.20 – Статор шагового двигателя В данном случае причиной разборки шагового двигателя явилось проявление продольного люфта ротора двигателя, потеря его мощности и появление резонанса при вращении с нагрузкой. Как выяснилось в дальнейшем, лопнуло опорное пружинное кольцо в задней части двигателя. Рисунок 2.21 – Старое лопнувшее стальное кольцо и новое из фторопласта Кусочек застрял между полюсов ротора. Очистка поверхностей ротора и статора производилась сильной струёй сжатого воздуха. Использование ветоши, кистей не допустимо. 43 3. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ПЕЧАТАЮЩЕЙ ГОЛОВКИ (ЭКСТРУДЕРА) FDM-ПРИНТЕРА 3.1 Принцип работы экструдера Печатающая головка 3D-принтера называется экструдером (от англ. extrude – выдавливать). Название отражает принцип действия: печатающая головка выдавливает термопластик через специальное сопло. Проводя аналогию, по той же схеме действуют распространённые в быту клеевые пистолеты, шприцы с герметиком. Рисунок 3.1 – Экструдер 3D-принтера В настоящее время существует два основных типа экструдеров: экструдер Боудена и прямой экструдер. Все экструдеры имеют двигатели. В настольных 3D-принтерах используются шаговый двигатель. Они могут иметь разное напряжение, различный номинальный ток, могут быть разной длинны и выдавать различный крутящий момент. Хотя стоит заметить, что все эти параметры не будут сильно влиять на качество работы экструдера. Гораздо большее внимание нужно уделить правильности установки самого узла экструдера относительно принтера. 3.2 Система подачи филамента Данная система нужна для того чтобы взять нить и подать ее через горячее сопло. Из-за большого разнообразия типов исполнения экструдера, системы подачи нити различаются. Ниже приведены два наиболее распространенных способа, болт или шестерня со шлицами, которые смонтированы на валу двигателя. 44 Рисунок 3.2 – Система подачи филамента экструдера 3D-принтера 3.3 Натяжной механизм Натяжной механизм удерживает нить относительно ведущей зубчатой шестерни. Чаще всего используются подшипники, трубки, всевозможные резиновые и пластиковые ролики. Некоторые экструдеры, используют сразу два обводных ролика. Основной задачей такого ролика, является создание соответствующего натяжения нити. Сильное натяжение или наоборот недостаточное, может привести к проблемам экструзии. 3.4 Прямой экструдер Прямые экструдеры соединяются непосредственно к нагревающему соплу. Ниже представлен экструдер LulzBot Mini, который работает с 3мм нитью. Рисунок 3.3 – Прямой экструдер 3D-принтера 45 Важно отметить, что прямой привод, может быть не только на прямом экструдере. Прямой привод экструдера означает, что механизм привода нити установлен непосредственно на валу двигателя. Оба типа экструдера, прямой и Боудена, могут быть с прямым приводом. Преимущества прямого экструдера: Одним из основных преимуществ прямого экструдера, является очень короткое расстояние между механизмом привода (шкивом или шестерней) и соплом, что позволяет достигнуть лучшей экструзии материала. Так же для выдавливания нити через сопло, требуется меньший крутящий момент, а следовательно, можно использовать меньший двигатель или тот же двигатель, но с меньшим значением тока. Так же, короткое расстояние позволяет печатать гибкими материалами, такими как Taulman, Flex и др. Хотя многие прямые экструдеры, для печати гибкими материалами, все равно требуют определенной доработки. Недостатки прямого экструдера: Поскольку прямой экструдер соединен непосредственно с соплом, он перемещается вместе с ним, передает свою массу экструдеру и увеличивает инерцию, тем самым раскачивая раму. Попробуем сравнить это с ездой на автомобиле. Автомобиль проще остановить, когда он весит 2000 кг, а не 4000, при этом его так же легче ускорить и изменить направление движения. Тоже самое относиться и к 3D-принтеру. Прошивка 3D-принтера вычисляет ускорение, замедление, а также все изменения в направлении движения. Но прошивка не знает сколько весит экструдер, какое натяжение у ремней и т. д. Поэтому если при модернизации экструдера, не известны правильные настройки скорости и ускорения, характерные для данного принтера, возникает больший риск неправильно отрегулировать узлы, может появиться люфт и раскачивание рамы. Добавление массы так же потребует увеличения тока двигателя, что может вызвать повышение температуры. Таким образом, при прочих равных условиях, с трубкой Боудена, печать будет происходить быстрее, т.к. ускорение и замедление происходит быстрее, и более точно происходит изменение траектории. Все это благодаря уменьшению массы на сопле экструдера. 3.5 Экструдер Боудена Экструдер Боудена не подключается напрямую к нагревающему соплу, а соединяется при помощи трубки, которая и называется трубкой Боудена. Чаще всего используются тефлоновые трубки. Внутри пропускается нить, которая подается внутри нее к соплу. 46 Рисунок 3.4 – Экструдер Боудена 3D-принтера Преимущества экструдера Боудена: Все преимущества этого вида экструдера, связаны с отсутствием лишнего веса на корпусе экструдера (моторчик, обводной механизм, шестерни и т.д.). При прочих равных условиях, принтер с экструдером Боудена, способен печатать быстрее и точнее, чем тот же самый принтер, но с прямым экструдером. Недостатки экструдера Боудена: Наиболее часто распространенные недостатки, это ретракция (движение нити в сторону, обратной подачи), просачивание расплавленного материала. В большинстве принтерах (если не во всех), это может быть скорректировано в настройках среза или в настройках встроенного программного обеспечения. Экструдер Боудена вызывает большее трение нити, потому что она проходит большее расстояние от шестерни до сопла. Может потребоваться редукторный экструдер для увеличения крутящего момента. Повышенное трение так же затрудняет печать гибкими материалами. 47 4 УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ, ЗАПУСК И НАЛАДКА УСТАНОВОК СЕЛЕКТИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ПЛАВЛЕНИЯ 4.1 Принципы формообразования методом селективного лазерного плавления Технология селективного лазерного плавления (СЛП) позволяет послойно выращивать функциональные изделия из металлических порошков с помощью выборочного его плавления в слое. В начале технологического процесса изготовления детали создаётся электронная трёхмерная модель изделия при помощи САПР. Специальное программное обеспечение «разбивает» данную модель на множество слоёв (сечений) и формирует управляющую программу для установки СЛП (рис. 4.1). Далее технолог вводит значение основных параметров селективного лазерного плавления (мощность лазерного излучения, толщину порошкового слоя, скорость сканирования лазерного луча, расстояние между проходами лазерного луча (шаг в рабочей плоскости изготовления), стратегию сканирования, подогрев зоны обработки, тип защитной атмосферы и т.п.), после чего начинается процесс изготовления детали. В установке СЛП порошковый материал при помощи механизма расстилки и разравнивания порошка наносится тонким слоем (как правило, от 20 до 100 мкм) по поверхности зоны обработки (вначале – технологической подложки). Лазерный луч избирательно («селективно»), в соответствии со сформированной по компьютерной модели траекторией движения, и по заданным режимам, плавит порошок на рабочей плоскости. В зонах плавления порошок переплавляется, консолидируется и затвердевает в одиночный валик, являющийся примитивом технологии, наложением которых с определённым шагом производится переплавленный слой. Поверх переплавленного слоя порошка расстилается новый слой, и процесс повторяется. Слой за слоем изготавливается деталь. 48 Рисунок 4.1 - Схема установки СЛП На рис. 4.1 показаны управляющие движения: П1 – вертикальное перемещение поршня в системе снабжения порошком вдоль координаты Z; П2 – горизонтальное перемещение механизма разравнивания порошка вдоль координаты X; П3 – вертикальное перемещение рабочей платформы вдоль координаты Z; П4, П5 - перемещение луча лазера по координатам XY реализуется за счёт вращения Вр Х, Y – зеркал системы сканирования. В общем случае, разработка конструкторской документации для производства методами аддитивного производства (АП) ведётся по ЕСКД. В силу цифрового характера производства, следует к применению ГОСТ 2.0522006 «Электронная модель изделия. Общие положения» и связанные документы. Согласно модели цифрового производства, документооборот на предприятиях, занятых АП, допускается вести в цифровом формате с учётом особенностей предприятия. Аддитивные технологии позволяют конструктору использовать практически любые геометрические формы в изделии, которые обеспечивают требуемые параметры функциональности изделий. Таким образом, вновь начатое проектирование или замена уже применяемого изделия должно начинаться с проведения математического, физического или имитационного моделирования работы изделия, применяя различные конфигурации геометрических форм и конструкций изделия с целью оптимизации функциональных параметров изделия с учётом массогабаритных параметров. Таким образом, достигается наибольшая оптимизация изделия, что ведёт к максимальной экономической эффективности. Однако, существует необходимость выполнения рабочей конструкторской документации для технологических отделов, операторов установок АП и для последующей механико-термической обработки. 49 Отдельной задачей является создание электронной модели изделия, получаемой с помощью цифрового трёхмерного сканирования. Такая задача ставится в рамках обратного инжиниринга, когда изделие планируется производить, фактически имея реальное изделие или полнофункциональную модель. Получаемое облако точек, как правило, обрабатывается автоматизировано, однако требует исправления дефектов и доработки поверхностей геометрической модели. Для производства изделия методом СЛП требуется электронная модель изделия – файл модели (подходит формат практически любого программного обеспечения САПР). Конечным продуктом обработки этого файла является правляющая программа – файл формата, подходящего для оборудования СЛП, требуемый для производства и содержащий данные разбития электронной модели на слои. Основной задачей перед началом работ является планирование. Планированию подвергаются варьируемые переменные параметров процесса, границы и шаг варьирования, осуществляется выбор образцов, определение критериев. Планирование осуществляют двухстепенно: на первом этапе планируют весь цикл экспериментальных работ, на втором этапе планируют работы конкретного этапа. Качество и глубина планирования зачастую определяют не только результаты работы, но также и мотивацию, осведомлённость персонала и полноту сведений. 4.2 Основные элементы установки СЛП Установка СЛП близка по своему устройству к металлорежущим станкам, в частности, к лазерным гравировальным станкам или станкам лазерной резки, поэтому общие подходы, используемые при изучении компоновок металлорежущих станков, вполне применимы к установкам СЛП с учётом специфики данного оборудования. Анализ установок СЛП ведущих мировых производителей, таких, как: М – 270 Xtended (EOS GmbH, Германия), Concept Laser M3 Linear (Concept Laser, Германия), РМ – 100/200 (PHENIX Systems, Франция), Sinterstation HiQ (DTM, США) и др., показал общее устройство таких машин. Установка СЛП состоит из следующих основных частей: станочная часть с входящими в неё механизмами и устройствами, лазер с системой сканирования, система управления. Внешний вид типовой установки СЛП со снятыми защитными панелями и без герметичной камеры и её основные части показаны на рис. 4.2. 50 Рисунок 4.2 - Внешний вид установки СЛП (со снятыми защитными панелями и без герметичной камеры) и ее основные части: 1 – станочная часть с механизмами и устройствами; 2 – лазер; 3- система сканирования; 4 – система управления. Станочная часть установки СЛП реализует необходимые движения для изготовления детали, а также обеспечивает некоторые режимы метода селективного лазерного плавления (например, подогрев порошка, создание инертной атмосферы и др.). В станочную часть установки СЛП входят следующие основные узлы и оборудование (рис. 4.3): корпус, камера ограждения, механизм разравнивания порошка, рабочая платформа, система снабжения порошком, герметичная камера, газовое оборудование и охлаждение (на рис. 4.3 не показано), электрооборудование (на рис. 4.3 не показано). На рис. 4.3 изображена установка СЛП в разрезе. Опишем каждый узел несколько подробней. 51 Рисунок 4.3 - Вертикальный разрез установки СЛП: 1 – корпус; 2 – камера ограждения; 3 – механизм разравнивания порошка; 4 – рабочая платформа; 5 – система снабжения порошком; 6 – герметичная камера; 7 – лазер с системой сканирования; 8 – высокоточная плита; 9 – рабочий стол; 10 – электропривод. Корпус (рис. 4.3, поз. 1), закреплённый на фундаменте, является базовым узлом. Обычно выполняется в виде конструкции коробчатой формы, сваренной из металлических труб стандартного сечения или каких-либо других элементов сортамента. На корпусе закрепляются все основные узлы и детали (герметичная камера, устройство разравнивания порошка, камера ограждения и др.), поэтому он должен обладать высокой жёсткостью. Камера ограждения (рис. 4.3, поз. 2) состоит из панелей, закреплённых снаружи корпуса. Панели изготавливаются из листового металла либо из пластиковых материалов. Камера ограждения необходима для защиты всех узлов и оборудования установки СЛП от внешних воздействий, таких, как пыль, грязь и др., а также для безопасной эксплуатации. Механизм разравнивания порошка (рис. 4.3, поз. 3) является одним из важнейших узлов машины. Механизм разравнивания порошка во многом определяет качество изготавливаемой детали, поскольку он создаёт, разравнивает и, если необходимо, уплотняет слой порошка перед проплавлением. Механизм разравнивания порошка совершает возвратнопоступательное движение в горизонтальном направлении благодаря электроприводу. Конструктивно механизм разравнивания порошка может быть выполнен в виде ножа или ролика, комбинации ножа и ролика и др. 52 Рисунок 4.4 - Условное изображение установки СЛП с альтернативной системой снабжения порошком: 3 – механизм разравнивания порошка; 4 – рабочая платформа; 5 – система снабжения порошком; 6 – герметичная камера; 7 – лазер с системой сканирования; 9 – рабочий стол; 10 – электропривод. Важной деталью механизма разравнивания порошка является высокоточная плита (рис. 4.3, поз. 8). По высокоточной плите перемещается разравнивающий ролик или какой-либо другой разравнивающий механизм, а также высокоточная плита часто является базирующим узлом для крепления рабочей платформы и системы снабжения порошком (рис. 4.3, поз. 5). Поэтому к высокоточной плите всегда предъявляются высокие требования по точности и жёсткости. Рабочая платформа крепится снизу высокоточной плиты и необходима для изготовления детали. Корпус узла, рабочая платформа, имеет форму колодца круглого или квадратного сечения, внутри которого перемещается вверх или вниз рабочий стол (рис. 4.3, поз. 9). На рабочем столе происходит послойное «выращивание» детали. Как правило, рабочий стол приводится в движение электроприводом (рис. 4.3, поз. 10). Точность перемещения рабочего стола влияет на физические и геометрические характеристики изготавливаемых деталей и обычно составляет ±0,005 мм. Система снабжения порошком необходима для подпитки механизма разравнивания порошка новыми порциями строительного материала. Система снабжения порошком может иметь различное конструктивное исполнение. Она может быть аналогична рабочей платформе (как показано на рис. 4.3, поз. 5), что унифицирует эти два узла, либо представлять из себя бункер с дозатором порошка и др. Альтернативное исполнение системы снабжения порошком изображено на рис. 4.4. Герметичная камера устанавливается сверху высокоточной плиты. Герметичная камера образует замкнутое пространство, в которое может подаваться газ (аргон, азот и др.). Пространство в герметичной камере при 53 необходимости нагревается до 50о … 900оС в зависимости от конкретного технологического процесса. Газовое оборудование осуществляет создание в герметичной камере необходимой атмосферы (аргоновой, азотной и др.). Система охлаждения машины осуществляет охлаждение лазера или двух лазеров (в зависимости от комплектации машины) с системой сканирования. Лазер с системой сканирования. В машинах для селективного лазерного плавления наиболее часто используют следующие типы лазерных источников: электроразрядные СО2лазеры, твердотельные лазеры, волоконные лазеры с диодной накачкой. Наиболее предпочтительными для использования в установке СЛП являются волоконные лазеры с диодной накачкой, поскольку у них есть ряд преимуществ: большой коэффициент полезного действия, малые габариты, высокий ресурс, удобная система транспортировки луча. Также волоконные лазеры с диодной накачкой имеют длину коротковолнового инфракрасного излучения. В сравнении с длиной волны λ=10,6 мкм (у СО2-лазера) излучение с длиной волны λ=1,06 мкм (у волоконного лазера с диодной накачкой) более эффективно при обработке металлов. Система сканирования схематически изображена на рис. 2.4. Рисунок 4.5 - Примерная схема системы сканирования установки СЛП Система транспортировки луча может быть представлена оптоволокном либо набором зеркал. Коллиматор, установленный на выходе из системы транспортировки луча, делает луч плоскопараллельным. Beam Expander - оптическое устройство, которое увеличивает диаметр луча лазера, уменьшая его расходимость. Он может отсутствовать в системе сканирования, если необходимый диаметр луча лазера получается сразу на выходе из коллиматора. Трансфокатор представлен в виде рассеивающей линзы, работающей совместно с фокусирующей линзой (рис. 4.5). При изменении расстояния между трансфокатором и фокусирующей линзой, меняется угол расходимости луча лазера, попадающего на фокусирующую линзу. Таким образом, 54 возможно изменение фокусного расстояния (расстояния от линзы F-theta до рабочей плоскости), т. е. управление вдоль оси Z. Система поворотных зеркал состоит из двух ортогонально расположенных зеркал. Эти зеркала вращаются прецизионными гальваническими приводами малой дискретности. В соответствии с углами их поворота, луч лазера направляется на требуемую точку на плоскости, т. е. происходит управление лучом лазера вдоль осей X и Y. Линза F-theta имеет сложную форму и необходима для сохранения размера диаметра пятна лазера постоянным по всему полю сканирования. В системах сканирования без линзы F-theta фокальная плоскость представляет собой сферическую поверхность. Чем дальше лазерный пучок от центра оптической оси, тем больше диаметр пятна лазера. При селективном лазерном плавлении изменение размера диаметра пятна более чем на 5%, отрицательно сказывается на качестве создаваемой детали. Линза F-theta за счёт своей сложной формы позволяет «развернуть» сферу из сфокусированных точек в плоскость. Система управления Системы управления современных установок СЛП базируются на базе операционных систем Windows NT, Windows XP/7 и др. Они обеспечивают работу установки СЛП в автоматическом режиме по программе. СЛПустановка может работать круглосуточно, практически не требуя присутствия оператора. Управляющее программное обеспечение разрабатывается под каждую установку СЛП индивидуально, поскольку зависит от особенностей конкретной конструкции и технологии. Входные данные файла могут быть в формате *.STL, *.IGES, *.STEP. В своей основе процесс селективного лазерного плавления стоит из следующих шагов: подготовка трёхмерной модели детали в компьютерной среде, формирование поперечных сечений изготавливаемой детали, послойное наложение этих сечений в процессе изготовления деталей. Все эти шаги реализуются специализированным программным обеспечением установки СЛП. 4.3 Движения формообразования в установке СЛП Для выделения необходимых движений формообразования детали в установке СЛП необходимо рассмотреть алгоритм работы установки. 55 Рисунок 4.6 - Один из вариантов компоновки установки СЛП Примерный алгоритм работы установки СЛП, изображённой на рис. 4.6. расписан ниже: 1) В систему снабжения порошком засыпается порошок ниже уровня рабочей плоскости. 2) Рабочая платформа выставляется ниже уровня рабочей плоскости на величину толщины слоя синтезируемой детали (обычно 20…500 мкм). 3) Герметичная камера продувается и заполняется инертным газом. 4) Механизм разравнивания порошка перемещает нож (или какое-либо другое устройство разравнивания порошка) влево до упора (на рис. 4.6 показано пунктиром). 5) Порошок в системе снабжения порошком поднимается выше уровня рабочей плоскости. 6) Механизм разравнивания порошка перемещает нож вправо до упора. По ходу движения нож сгребает порошок над системой снабжения порошком и засыпает его в полость над рабочей платформой, а излишки сбрасывает в бункер для сбора излишков порошка (на рис. 4.6 бункер сбора излишков порошка не показан). 7) Луч лазера по программе компьютера при помощи системы сканирования спекает слой порошка на рабочей платформе. 8) Рабочая платформа опускается на величину следующего слоя. 9) Далее цикл повторяется от п. 4 до п. 8 включительно и многократно, до полного построения изделия. Введём систему координат, имеющую положительное направление оси Z от рабочей платформы к системе сканирования. Проанализировав примерный алгоритм работы установки СЛП, можно выделить необходимые движения для создания детали. Перечислим их: П1 – вертикальное перемещение поршня в системе снабжения порошком вдоль 56 координаты Z; П2 – горизонтальное перемещение механизма разравнивания порошка вдоль координаты X; П3 – вертикальное перемещение рабочей платформы вдоль координаты Z; П4 – горизонтальное перемещение луча лазера вдоль координаты X (реализуется за счёт вращения Вр Х – зеркала системы сканирования); П5 - горизонтальное перемещение луча лазера вдоль координаты Y (реализуется за счёт вращения Вр Y – зеркала системы сканирования). П1, П2, П3 – это простые поступательные прямолинейные движения. П4 и П5 тоже являются простыми поступательными прямолинейными движениями, но почти всегда они взаимосвязаны и создают сложную траекторию движения лазерного луча. Итак, становится очевидным, что для изготовления детали необходимо реализовать в СЛП-установке минимум пять движений: два вертикальных (П1, П3) и три горизонтальных (П2, П4, П5). 4.4 Виды компоновок СЛП Задачей проектирования компоновки любой машины является определение компоновочных факторов, которые при заданном наборе координатных движений исполнительных звеньев обеспечивают потенциальную возможность получения оптимальных или близких к ним значений основных показателей качества машины. При проектировании компоновки установки СЛП ключевыми компоновочными факторами являются: структура компоновки, габариты элементов компоновки и пространственное расположение элементов компоновки (в частности, основных пространственных стыков). Выбор перечисленных выше трех компоновочных факторов связан с особенностями метода селективного лазерного плавления, а именно с тем, что узлы установки СЛП, как правило, не подвержены большим статическим и динамическим нагрузкам (нет больших знакопеременных ускорений, нет усилий резания, небольшая масса перемещающихся узлов и механизмов). Наиболее распространённые компоновки отечественных и зарубежных установок селективного лазерного плавления приведены на рис. 4.7. 57 Рисунок 4.7 - Наиболее распространённые компоновки отечественных и зарубежных установок селективного лазерного плавления 58 4.5 Работы по подготовке к процессу производства На этапе подготовки к процессу производства проводят следующие работы: 1) Составление плана работ. План работ определяет порядок и состав работ, режимы обработки, предполагаемые результаты. Составлению плана работ необходимо уделить достаточное внимание для получения наилучшего результата. В случае, если в подразделении имеется нормативная документация на изготовление изделий по ТЗ, план работ составляют в сокращённом виде, ссылаясь на имеющуюся нормативную документацию. План работ должен включать: наименование изделия, химический состав и марку материала и порошка; исходные данные о планируемом к применению порошке, в т.ч. известные данные о гранулометрии и форме частиц, планируемые к проведению работы в составе, согласованном с руководителем работ, и определяющемуся согласно настоящей методике, дату и время планируемого начала и завершения каждого этапа, данные ответственного подразделения или ответственного сотрудника по каждому этапу. 2) Подготовка электронных (компьютерных) моделей Электронная модель по ГОСТ 2.052-2006 «Электронная модель изделия. Общие положения» определяет геометрию изделия и представляет собой электронное хранилище данных о геометрии изделия. Для производства методом СЛП требуются только трёхмерные электронные (компьютерные) модели геометрии изделия, выполненные в масштабе 1:1 без простановки размеров, размерных линий и иных обозначений. Ответственным исполнителем или руководителем работ должна быть обеспечена возможность контроля полученного методом СЛП изделия, подготовив соответствующую документацию для подразделения предприятия или ответственного лица по метрологическому контролю полученного изделия. Требования к подготовке конструкторской документации в ином виде не устанавливаются, однако она должна быть выполнена в полном объёме по требованиям технологического отдела и отдела метрологического контроля. Электронные модели выполняются в соответствии с настоящей методикой, ТЗ на выполняемые работы, ГОСТ 2.052-2006 «Электронная модель изделия. Общие положения» и ЕСКД. Электронные модели выполняются с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР) на ЭВМ. Ответственный исполнитель работ по подготовке электронных моделей изготавливает их в соответствии с ТЗ от заказчика работ. В случае если заказчик предоставляет свою электронную модель изделия, ответственный исполнитель работ по подготовке электронных моделей должен проконтролировать следующие параметры модели изделия: 59 габаритные размеры на соответствие возможностям метода и оборудования СЛП; наличие закрытых полостей и каналов; правильность выполнения модели (замкнутость контуров и поверхностей, целостность поверхностей, правильность сопряжения поверхностей) в соответствии с ТЗ и нормативной документацией заказчика; тип модели (твердотельная, тонкостенная и т.п.); наличие уклонов (технология СЛП не требует уклонов). На этом этапе ответственный исполнитель может рекомендовать заказчику изменить модель таким образом, чтобы удалить нетехнологичные элементы конструкции, например, для уменьшения её массы, как на рис. 4.8, б. 3) Исследование исходных порошковых материалов Исследование выполняют по следующей методике: проводят отбор проб согласно ГОСТ 23148-98 «Порошки, применяемые в порошковой металлургии. Отбор проб». Для лабораторных анализов допускается отбирать 1 пробу на 1 контейнер. При отборе проб не должны изменяться свойства порошка, приборы и посуда для работы с порошком должны быть сухими и чистыми. Очистку приборов выполняют с помощью ветоши или мягких бумажных салфеток, смоченных в этиловом по ГОСТ 17299-78 «Спирт этиловый технический. ТУ» или изопропиловом по ГОСТ 9805-84 «Спирт изопропиловый. ТУ» спирте. Приборы и посуду осушают на воздухе или в вакуумном шкафу в течение 1…2 ч. анализ размеров частиц проводят визуально с помощью оптического микроскопа в соответствии с ГОСТ 23402-92 «Порошки металлические. Микроскопический метод определения размеров частиц» или автоматизировано согласно ГОСТ 22622-77 «Порошки металлические. Методы седиментационного анализа» или с помощью автоматизированного оптического оборудования, например, использующего метод теневой проекции и удовлетворяющего требованиям проведения исследования согласно своим возможностям и техническим характеристикам согласно соответствующей документации (паспорту оборудования) одному из указанных ГОСТ. Допускается разделять частицы по фракциям, указывая, например, фракции по 10 мкм. Подсчёт частиц и определение процентного содержания допускается проводить вручную или автоматизировано. При автоматизированном анализе предпочтительно разрабатывать график процентного содержания частиц по фракциям, причём каждая фракция должна быть достаточно узкой (1-10 мкм). При исследовании несферических частиц допускается использовать аппроксимацию диаметра по описанной или вписанной окружности, а также различные схемы приближения (например, эквивалентный диаметр). 60 Рисунок 4.8 - Изделие: а) нормальное и б) оптимизированное исполнение анализ формы частиц порошка выполняют с помощью растровой электронной микроскопии (реже, оптической микроскопии). Применяют растровый электронный микроскоп или оптический металлографический микроскоп, позволяющий по своим техническим характеристикам определить форму частиц. Форму частиц оценивают визуально, сравнивая их согласно приведённой табл. 4.1. При анализе порошок следует определять несколькими характеристиками. Сферичность порошков, таким образом, может быть определена визуально на основе сравнительного анализа или могут применяться иные методики для определения формы, если они улучшат представление об их строении. Следует различать сферичность и округлость частичек. На рис. 4.9 представлены частицы различной степени округлости и сферичности. Оба эти параметра важны для технологии СЛП и могут повлиять на свойства порошка, такие как: текучесть (сыпучесть), насыпную плотность, плотность после утряски, угол трения покоя и т.п. Для технологии СЛП, согласно имеющимся экспериментальным данным, пригодны порошки, характеризующиеся округлой сферической и несферической формой. Применимость конкретного порошка определяется экспериментальным способом, путём оценки качества расстилки и разравнивания порошка. Допустимо проведение экспериментальных работ по СЛП порошка и моделированию расстилки порошка в порошковом ложе. Решение о возможности применения конкретного порошка принимает руководитель работ. Анализ химического состава и распределения химических элементов внутри частичек порошка выполняют с помощью растрового электронного микроскопа, оснащённого энергодисперсионной приставкой рентгеноспектрального элементного микроанализа или другого оборудования, позволяющего оценить элементный состав материала. Работы 61 выполняют в соответствии с нормативной документацией на используемое оборудование. Таблица 4.1. Классификация частиц порошка по форме 62 63 64 Работы могут выполняться совместно с анализом формы частиц. Рисунок 4.9 - Схема сферичности и округлости частиц порошков В работе получают распределение и количественный состав в частице и по группе частиц (карта), попадающих в поле обозрения микроскопа. Следует учитывать, что ценность представляют все данные химического анализа, т.к. позволяют оценить распределение химических элементов по частицам и внутри каждой частицы. Особое внимание при исследовании химического состава порошков следует уделить наличию кислорода и иных примесей в порошке. В случае если количество кислорода на поверхности или внутри частиц порошка играет значительную или определяющую роль, следует использовать иные методы определения концентрации кислорода (и иных примесей) в материале по методикам, согласованным с заказчиком и руководителем работ. 65 Допустимо проводить исследования в соответствии со стандартами: - ГОСТ 27417-98 «Порошки металлические. Определение общего содержания кислорода методом восстановительной экстракции»; - ГОСТ 29006-91 «Порошки металлические. Метод определения кислорода, восстановимого водородом»; - ГОСТ 28052-97 «Титан и титановые сплавы. Методы определения кислорода»; - ГОСТ 22598-93 «Никель и низколегированные сплавы никеля. Метод определения кислорода»; - ГОСТ 22720.0-77 «Редкие металлы и сплавы на их основе. Общие требования к методам определения кислорода, водорода, азота и углерода»; - ГОСТ 26239.7-84 «Кремний полупроводниковый. Метод определения кислорода, углерода и азота». Работы по определению газовых примесей выполняются в соответствии с нормативной документацией на соответствующее измерительное оборудование и методов, методик, регламентов и инструкции предприятия. При выполнении работ необходимо соблюдать требования настоящей методики и также нормативных документов, инструкции, паспортов и т.п., используемых в работах материалов и оборудования. По согласованию с заказчиком и руководителем работ могут выполняться работы по определению следующих свойств порошковых материалов: - насыпная плотность, - плотность после утряски, - текучесть (сыпучесть) порошков, - угол трения покоя (естественного откоса). Работы выполняются в соответствии с нормативными документами предприятия, а также инструкциями и т.п. на используемое оборудование, технологическое и измерительное оборудование. При выполнении работ используют методики следующих стандартов: - ГОСТ 19440-94 «Порошки металлические. Определение насыпной плотности», - ГОСТ 25279-93 «Порошки металлические. Метод определения плотности после утряски», - ГОСТ 20899-75 «Порошки металлические. Определение текучести». Угол естественного откоса (угол трения покоя) определяют следующим образом: в воронку (по ГОСТ 20899-75) или волюметр (по ГОСТ 19440-94), выходное отверстие которого закрыто заглушкой, помещается навеска порошка (25…50 г). Под выходным отверстием, на расстоянии 25…50 мм устанавливают пластину 100х100 мм. Выходное отверстие открывают и следят, чтобы порошок свободно насыпался на пластину-основание. Угол естественного откоса представляет угол, образованный поверхностью конуса свободно насыпанного порошка и горизонтальной плоскостью в его основании. Угол измеряется с помощью транспортира или угломера с погрешностью не более 0,5 градуса. 66 Пределы достоверного определения примесей для различных методов исследования определяются в справочных таблицах. По результатам исследования порошка составляют акт, или протокол, или отчёт, или иной документ, описывающий полученные данные. Определение используемой методики проводят по формальным признакам, определённым на этапе исследования исходного порошка. Допускается проводить сравнительные анализы различных порошков (по гранулометрии и морфологии поверхности, или другим свойствам), если это может предоставить объективные данные для определения методики. При сравнительных исследованиях следует, однако, учитывать, что согласно экспериментальным данным, на способность расстилки порошка и качество его плавления влияет как гранулометрия и форма (морфология) частиц порошка, так и другие параметры, и свойства. Подготовку исходного порошкового материала в следует проводить составе следующих этапов: - обработка порошка в мельнице (измельчение) (если необходимо), - просеивание порошка, - перемешивание порошка (гомогенизация), - сушка порошка. Необходимость каждого этапа, а также последовательность этапов выполнения работ согласуется с руководителем работ по результатам исследования исходных порошков. Обработка порошка в планетарной мельнице. В случае если необходимо измельчение фракции порошка, механическое легирование или гомогенизация смести порошков применяются планетарные шаровые мельницы или аналогичное оборудование. Порошок из ёмкостей хранения перемещают в мерный стакан для измерения объёма. Максимальное количество обрабатываемого за один раз порошка может ограничиваться, что указано в документации к оборудованию. В случае если в документации нет указаний на максимальный (полезный) объем рабочего стакана (ёмкости), следует заполнять его не более чем на 60%, учитывая ёмкость, которую займут мелющие шары. После проверки соблюдения максимального объёма, содержимое мерного стакана, а также мелющие шары, пересыпают в рабочий стакан (ёмкость) планетарной шаровой мельницы. Количество мелющих шаров определяется документацией к оборудованию, нормативными документами предприятия, экспериментальными (опытными) данными, согласно аналитическому исследованию или по согласованию с руководителем работ. Рабочий стакан устанавливают в крепления планетарной шаровой мельницы, закрепляют и закрывают согласно инструкции и документации к оборудованию. Время обработки, а также параметры обработки варьируются согласно инструкции и документации к оборудованию, нормативным документам на исходный порошок или смесь порошков, согласно экспериментальным данным или по согласованию с руководителем работ. 67 По окончании обработки, рабочий стакан вынимают из установки вместе с зажимным приспособлением. Следует учитывать, что температура стакана может достигать 150 °С и более (несмотря на принудительное воздушное охлаждение). Открывать стакан допускается только под вытяжкой, соблюдая правила безопасности работы с порошками. Обработанный порошок пересыпают в контейнеры хранения, плотно закрывают, а контейнер помечают таким образом, чтобы была возможной однозначная идентификация порошка и способ его обработки (в некоторых случаях, на контейнере указывают параметры и краткие характеристики процесса обработки). Просеивание порошка. Просеивание выполняют на установках для рассеивания (просеивания) порошков, работающих по принципу ситового рассеивания или воздушной сепарации. Работы выполняют в соответствии с документацией к оборудованию. На начальном этапе рабочий инструмент (сита, крышки, поддоны) и внутренние полости устройства моют и сушат. На устройство для ситового рассева порошков одевают последовательно сита с сетками, причём максимальный номер сетки выбирают 0035 или 0040 (размер ячейки 35 мкм или 40 мкм). По согласованию с руководителем работ и на основании предварительно проведённых экспериментальных исследований допускается выбирать другие сита с номерами более 0040. Сухие и чистые сита устанавливают одно над другим таким образом, чтобы первой шла сетка с самыми мелкими ячейками, а затем в порядке увеличения, где верхнее сито – с самыми крупными ячейками. Порошок из контейнеров хранения пересыпают на верхнее сито или в приёмный бункер. Количество порошка для одного цикла рассева выбирают в соответствии с документацией на оборудование. По окончании пересыпания верхнее сито или приёмный бункер закрывают крышкой, обеспечивающей герметизацию (плотное закрытие) ёмкости с порошком. Контейнер для хранения порошка также плотно закрывают крышкой. Просеивание продолжают до окончания рассева или в течение времени, указанного в нормативной документации на конкретный порошок или в документации к оборудованию. Высеянные фракции порошков рассыпают по контейнерам и плотно их закрывают. Контейнер помечают таким образом, чтобы однозначно идентифицировать марку, состав и фракцию порошка. После рассева порошок может вторично подвергаться процедуре исследования, описанной в настоящей методике. Гомогенизация порошка по размеру частиц. Гомогенизацию или перемешивание порошка выполняют на устройствах, способных выполнять функции перемешивания, т.е. обладают крепёжными приспособлениями, позволяющими закрепить контейнер с порошком, и позволяющими не менее одной степени свободы. Перспективными устройствами перемешивания могут быть: а) горизонтальные мешалки с функцией вращения контейнера, 68 б) мешалки, имеющие движение в трёх направлениях с переворачиванием. Контейнер с порошком, не вскрывая, устанавливают в держатель устройства в соответствии с нормативной документацией или инструкцией к оборудованию. Параметры перемешивания (скорость перемещения, вращения и т.п.) выбирают, ориентируясь на скорость перетекания порошка в контейнере при различных скоростях – оптимальной скоростью считают такую, при которой за один цикл перемешивания поток порошка в контейнере успевает полностью достичь противоположной стенки контейнера. Время перемешивания выбирают, исходя из данных, приведённых в нормативной документации к металлическим порошкам. В случае отсутствия таких данных, гомогенизацию проводят в течение 20…300 минут. По окончании работы установки, контейнер с порошком вынимают из держателя и протирают ветошью, смоченной этиловым или изопропиловым спиртом. Сушка (удаление влаги) порошка. Сушку порошка проводят в сушильных шкафах, предпочтительно оборудованных системой вакуумирования. Порошок из контейнера хранения пересыпают в поддон таким образом, чтобы высота свободнонасыпанного порошкового слоя не превышала 20 мм. Поддон с порошком помещают в сушильный шкаф и фиксируют дверь сушильного шкафа в закрытом положении. Температуру сушки выбирают в соответствии с нормативной документацией к порошкам, а при отсутствии таких данных в ней, для непирофорных порошков, – от 100 до 200 °С, в течение не менее 120 мин. По согласованию с руководителем работ, допускается увеличение или уменьшение времени сушки. Рекомендуется перемешивание порошка в процессе сушки. По окончании сушки порошок оставляют охлаждаться вместе с вакуумным шкафом, не напуская воздух в камеру. Остывший порошок пересыпают из поддона в контейнер хранения и герметично закрывают. 4.6 Подготовка оборудования установки СЛП к работе Для подготовки технологического оборудования к работе проводят сухую уборку внутренних и наружных элементов оборудования для СЛП и другого используемого оборудования, элементы оборудования очищаются от порошка, который использовался в предыдущих работах, проводятся профилактические осмотры, ежедневное и плановое техобслуживание). 4.6.1 Подготовка управляющей программы технологии Подготовка управляющей программы технологии проводится двухэтапно. На начальном этапе из электронной (компьютерной) модели получают слоистую модель, каждый слой которой эквивалентен одному циклу расстилки порошка. Вторым этапом является выбор способа сканирования лазерного луча и задание параметров технологических режимов. 69 Получение слоистой модели из электронной модели происходит автоматизировано с помощью ПО установки СЛП. Преобразование проводится в соответствии с нормативной документацией и инструкциями к ПО. На этом этапе оператор или ответственный исполнитель работ по контролю и подготовке электронных моделей должен определить толщину слоя, минимальное значение которого не должно быть менее чем 2…3 средних диаметра частиц порошка. Высота слоя определяется по согласованию с руководителем работ и на основании предварительно проведённых экспериментальных работ. Конечным результатом проведённого преобразования должен быть файл с расширением STL или иной, совместимый с установкой СЛП. При получении слоистой модели, ответственный исполнитель работ по контролю и подготовке электронных моделей также контролирует и выбирает следующие параметры обработки: - необходимость изготовление опорной структуры (подпорки) под базовой поверхностью изготавливаемого изделия (рис. 4.10, поз.1). Структура и параметры технологических режимов изготовления опорной структуры выбираются в соответствии с нормативной документацией на ПО или на основании предварительно проведённых экспериментальных работ; - необходимость изготовления дополнительной опорной структуры. Одним из технологических ограничений технологии является трудность или невозможность точного воспроизведения поверхностей электронной модели, касательные к которым имеют угол менее 45° к технологической платформе (рабочей плоскости). Это приводит к появлению дефектов формы изготовленного изделия. С целью устранить указанные ограничения, указанные поверхности могут изготавливаться с дополнительной опорной структурой (рис. 4.10, поз. 2). Следует отметить, что исполнитель работ должен оповестить руководителя работ и заказчика о наличии дополнительных опорных структур и необходимости их удаления механическим способом. Рисунок 4.10 - Схема построения опорной структуры: 1) основная опорная структура, 2) дополнительная опорная структура для поверхности, расположенной под углом менее 45°. 70 - точность линейных размеров и формы, указанная на чертеже. Согласно проведённым исследованиям максимальная погрешность изготовления плоскостей в плоскости изготовления (длина, ширина) составляет 40…250 мкм, а перпендикулярно плоскости изготовления (высота) – 20…120 мкм, причём наибольшую погрешность вносит погрешность формы: непараллельность и неперпендикулярность, которые составляют 20…200 мкм. Точность изготовления криволинейных поверхностей зависит от толщины слоя (рис. 4.11), свойств порошка и параметров обработки и составляет 0…250 мкм. Точность изготовления не зависит от положения изготавливаемого изделия относительно оптической оси оптической системы установки СЛП. Исполнитель работ должен оповестить руководителя работ и заказчика о несоответствии получаемых и заданных на чертеже размеров, и допусков. Рекомендуется увеличение припуска на механическую обработку посадочных и сопрягаемых размеров двукратно относительно приведённых максимальных погрешностей; - точность угловых размеров. Согласно проведённым исследованиям максимальная погрешность изготовления углов в плоскости изготовления (длина, ширина) составляет 1-3 градуса, а перпендикулярно плоскости изготовления (высота) – 1 градус. Следует отметить, что исполнитель работ должен оповестить руководителя работ и заказчика о несоответствии получаемых и заданных на чертеже допусков угловых размеров; - шероховатость, указанная на чертеже. Согласно проведённым исследованиям максимальная шероховатость в плоскости изготовления (на длине, ширине) достигает Ra 9…30 мкм, Rz 50…140 мкм, а перпендикулярно плоскости изготовления (на высоте) – Ra 5-10 мкм, Rz 30-60 мкм. Шероховатость прямых и криволинейных трёхмерных поверхностей составляет Ra 10…30 мкм, Rz 60…120 мкм. Шероховатость не зависит от положения изготавливаемого изделия относительно оптической оси оптической системы установки СЛП. Следует отметить, что исполнитель работ должен оповестить руководителя работ и заказчика о несоответствии получаемых и заданных на чертеже шероховатостей. Шероховатость удаётся значительно уменьшить при применении песко дробеструйной обработки поверхности; - наличие тонких стенок. Согласно проведённым исследованиям минимальная толщина вертикальной стенки составляет 100…200 мкм. Минимальная толщина стенки зависит в первую очередь от гранулометрии и морфологии исходного порошка, а также от параметров режимов СЛП. Исполнитель работ должен оповестить руководителя работ и заказчика о несоответствии получаемых и заданных на чертеже размеров тонких стенок. Следует отметить, что рекомендуется провести экспериментальные работы по определению метрологических характеристик, а также возможности производства формы поверхности для различного класса образцов. Рекомендуется также проведение дополнительного исследования характеристик механической прочности и других эксплуатационных 71 характеристик сплавленного материала согласно нормативной документации предприятия, заказчика и государственных стандартов. Полученная слоистая электронная модель позволяет работать с каждым слоем, позволяя задавать параметры технологических режимов и способы сканирования. Как правило, при изготовлении методом СЛП не требуется изменять параметры технологических режимов для отдельных элементов конструкции. В случае если это предусмотрено планом работ или согласно полученным данным экспериментальных работ, допускается применение к каждому и отдельному слою (элементу конструкции), если это предусмотрено ПО установки СЛП. Ответственный исполнитель работ по контролю и подготовке электронных моделей определяет параметры сканирования лазерного луча по поверхности слоя (выбирает стратегию сканирования). Рисунок 4.11 - Схематичное изображение слоёв при изготовлении скругления/фаски. 4.6.2 Определение стратегии сканирования слоя В общем случае ПО установки СЛП предоставляет выбор способа сканирования слоя. Традиционно слой сканируется один раз, причём сканирование лазерным лучом (траектория лазерного луча в слое, штриховка лазерным лучом) осуществляется в одном направлении, а контур детали может обрабатываться отдельно или оставаться без обработки, как показано на рис. 4.12 а, б. Следует отметить, что при программировании штриховки контура, исполнитель должен задать перекрытие линий штриховки, которое, как правило, не превышает ширины одиночного валика (рис. 4.12 в). Следует отметить, что направление штриховки слоя и контура слоя может быть произвольным и определяется в соответствии с нормативной документацией к оборудованию СЛП, ПО, в соответствии с данными предварительно проведённых экспериментальных исследований или по согласованию с руководителем работ. В общем случае ПО установки СЛП позволяет проводить штриховку в одном направлении или в чередующихся направлениях (рис. 4.13). Схема штриховки с чередующимися направлениями теоретически может увеличить производительность процесса СЛП, однако, достоверных подтверждающих результатов нами не было получено, что, по-видимому, связано с крайне 72 высокой скоростью перемещения зеркал и низкой инерционностью гальванометра. Траектория лазерного луча в слое (например, как показано на рис. 4.12 а, линия 1) может выполняться с применением зональной штриховки с разбиением слоя на правильные или произвольные области, обрабатываемые штриховкой в различных направлениях (рис. 4.13 а, б). В каждом из этих случаев, как и в случае с отдельной штриховкой контура, применяется перекрытие линий штриховки, которое, как правило, не превышает ширины одиночного валика. Применение зональной штриховки и величину перекрытия выбирают в соответствии с нормативной документацией к оборудованию СЛП, ПО, в соответствии с данными предварительно проведённых экспериментальных исследований или по согласованию с руководителем работ. Применение различных стратегий обработки ЛИ слоя может применяться в различных вариантах, представленных в настоящей работе или оригинальные. Основной целью является увеличение тех или иных свойств сплавленного слоя и всего изготавливаемого изделия за счёт произвольно выбираемых направлений сканирования, нескольких проходов сканирования, которые позволяют улучшить состояние поверхности слоя, ровность и однородность слоя и сплавленного материала. Следует, однако, учитывать следующие факторы: во-первых, увеличение числа проходов и переходов с выключенным лазером снижает производительность, а, во-вторых, применение различных стратегий мало влияет на прочность в направлении производства (оси Z). Рисунок 4.12 - Схематичное представление траектории лазерного луча (сканирования, штриховки) слоя. Контур детали показан штриховыми линиями 1. Штриховка показана линиями 2. Линии 3 показывают штриховку контура. а) штриховка слоя без обработки контура, б) штриховка с обработкой контура, в) траектории лазерного луча с перекрытием при штриховке контура. 73 Рисунок 4.13 - Схема штриховки слоя: а) в одном направлении, б) в чередующихся направлениях. Линиями показана траектория лазерного луча, стрелками –направление его движения. При использовании порошков с несферической формой частиц важную роль играет качество расстилки порошка в порошковом ложе, оказывающее значительное влияние на качество сплавленного единичного слоя. Наиболее частым дефектом является неравномерность слоя, приводящая к повышенной пористости и увеличению погрешности размеров и форм. Рисунок 4.14 - Схема зональной штриховки слоя: а) с правильными областями, б) с областями произвольной формы (линиями на перекрытии штриховки показаны границы областей). Контур детали показан штриховыми линиями. Для устранения недостатков разравнивания порошка с несферическими частицами в порошковом ложе применяют специализированные стратегии повторной обработки слоя: двухзонную технику плавления и двухпроходную технику. Стратегия двузонной обработки основана на дополнительном проходе лазерного луча между уже сплавленными валиками для сглаживания поверхности, выравнивания слоя и уменьшения остаточной пористости (рис. 4.15). При этом параметры технологического режима второго прохода подбираются с учётом теплофизических характеристик каждого отдельного 74 материала таким образом, чтобы материал плавился в теплопроводностном режиме, т.е. успевал перераспределиться в течение времени жизни расплава. Особую роль второй проход играет при использовании порошков с несферической формой частиц, где неравномерность расстилки порошка может быть компенсирована вторым проходом. По согласованию с руководителем работ, в соответствии с данными предварительно проведённых экспериментальных исследований, используют технику двухпроходной обработки (третий проход), причём направление сканирования слоя (или области в случае зональной штриховки, как на рис. 4.14) лазерным лучом выбирают перпендикулярным первоначальному с шагом равным ширине одиночного валика (рис. 4.16). Известные экспериментальные данные показывают снижение пористости сплавленного материала и шероховатости слоя, увеличение равномерности поверхности. Схема повторной обработки слоя (области) в случае применения техники сканирования показана на рис. 4.17. Слой (область) сканируется лазерным лучом в одном направлении (однонаправленно или с чередованием направления) (рис. 4.17 а), затем, согласно двухзонной технике, лазерный луч сканирует между каждым сплавленным валиком (рис. 4.17 б). Третий проход выполняется сканированием в перпендикулярном начальному направлении. При проведении работ с металлическими порошками несферической формы рекомендуется использовать следующую схему расстилки порошка: 1. расстилка единичного слоя порошка; 2. сдвиг рабочей платформы на величину единичного слоя; 3. расстилка следующего единичного слоя; Рисунок 4.15 - Схема применения двухзонной обработки (а), получаемые макроструктуры (слоистые), характерные для послойного синтеза изделий (б) и схема одно- и двухзонной обработки с порошковым слоем (в). 75 Рисунок 4.16 - Схема штриховой техники сканирования последовательных слоёв, перпендикулярных к предыдущим (а), получаемые микроструктуры (слоистые), характерные для послойного синтеза изделий (б). Рисунок 4.17. Схема штриховки единичного слоя (области): а) однопроходная техника, б) двухзонная техника, в) двухзонная техника с двухпроходовой обработкой слоя. 4. повтор операции 1-3 для двух-шести единичных расстилок порошка; 5. сдвиг рабочей платформы на такую величину, чтобы между рабочей платформой и рабочей плоскостью сохранилась толщина 1 слоя порошка; 6. сбор неиспользованного порошка ножом или валиком. Выполнение операций 1-6 допускается проводить для расстилки первых 1-10 слоёв. Улучшение качества расстилки порошка по мере удаления рабочей плоскости от рабочей платформы, по-видимому, связано с наличием краевых эффектов, снижающих как плотность упаковки частиц порошка в слое, так и качество и равномерность расстилки. Выбор способа сканирования осуществляется в соответствии с нормативной документацией к оборудованию СЛП, ПО, в соответствии с данными предварительно проведённых экспериментальных исследований или по согласованию с руководителем работ. Задание параметров технологических режимов проводится на следующем этапе. Ответственный исполнитель работ по подготовке 76 электронных моделей должен задать параметры технологических режимов в составе: - мощность лазерного излучения, Вт; - скорость сканирования лазерного излучения м/с; - толщина слоя единичной расстилки порошка, мм; - диаметр лазерного луча на рабочей плоскости, мм; - тип защитной атмосферы (вакуум, инертный газ – аргон, азот); - температура постоянного подогрева, К. Среди прочих параметров технологических режимов выделяют также следующие: - длина волны ЛИ (как правило, для обработки металлических материалов или материалов с металлической матрицей, используют лазеры с длиной волны в ближней инфракрасной области (≈ 1 мкм), например, 1,06 мкм, или 1,07 мкм, или 1,03 мкм, что связано с коэффициентом поглощения ЛИ материалом); - качество поверхности подложки (экспериментальные исследования достоверно показывают, что поверхность подложки не должна быть полированной или неровной. Однако, на сегодня, не выработано нормативной величины шероховатости поверхности. Рекомендуемое значение шероховатости поверхности составляет Ra 2,5, Rz 20 мкм); - материал подложки (выбор материала подложки важен в случае, если опорная структура не планируется или в случае, если исходный порошковый материал показывает неудовлетворительные результаты при предварительной экспериментальной работе. Для получения наилучших результатов рекомендуется использовать подложку из того же материала (или материала с аналогичным базовым элементом) или по химическому сродству материалов); - режим работы лазера (непрерывный, импульсный, как правило, все проводимые работы по изготовлению изделий методом СЛП выполняются при непрерывном режиме работы лазера); - поперечный профиль лазерного луча (гауссов или другой, как правило, все проводимые работы по изготовлению изделий методом СЛП выполняются с помощью ЛИ с гауссовым распределением энергии в поперечном сечении луча). Выбор параметров технологических режимов осуществляется в соответствии с нормативной документацией к оборудованию СЛП, ПО, в соответствии с данными предварительно проведённых экспериментальных исследований, по согласованию с руководителем работ. В случае отсутствия параметров технологических режимов проводят экспериментальные исследования, заключающиеся в оптимизации параметров процесса для одиночных валиков, единичных слоёв и многослойных объектов последовательно. Качество полученных образцов одиночных валиков, единичных слоёв и многослойных объектов должно обеспечиваться операционным контролем, который должен предусматривать проверку выполнения требований к образцам в части металлургии и геометрических размеров, а также контроль 77 статистической стабильности параметров технологических режимов по методу «среднего образца». Образцы должны подвергаться визуальному контролю в объёме 100%. При контроле количества образцов, подсчёт ведётся визуально нарастающим итогом (и может совмещаться с их маркировкой). Геометрические размеры образцов контролируются с помощью линейки измерительной по ГОСТ 427-75 или штангенциркуля по ГОСТ 166-89 с точность не менее 0,5 мм. Статистический контроль стабильности параметров должен осуществляться следующим способом: каждый образец, начиная со второго, должен качественно отличаться от предыдущего и последующего. Осмотр производят невооружённым глазом или с помощью лупы по ГОСТ 25706-83. В случае несоответствия изготовленных образцов предсказанным данным, а также не соблюдения дальнейшей последовательности, которая сохраняет соответствие предсказанным данным, анализируемый образец помечается как «возможно применены некорректные параметры технологических режимов». При металлографическом исследовании образцов таким образцам уделяется повышенное внимание. По согласованию с руководителем работ, параметры технологических режимов данного образца должны быть применены заново, допускается изготовить более одного образца на этом режиме. Оператор и руководитель работ должны уделить повышенное внимание при анализе и исследовании всей партии образцов, произведённых в этот цикл, если обнаружено 2 и более образца с некорректными параметрами (может свидетельствовать о нестабильности параметров всех применённых технологических режимов). Таблица 4.2 Влияние изменения параметров процесса на характеристики результата процесса СЛП Параметр Уменьшение величины Увеличение величины Мощность 1. Уменьшение высоты и 1. Временно: увеличение лазерного ширины наплавленного высоты и ширины излучения валика; наплавленного валика; 2. капельное формирование 2. следы кипения и испарения материала; валика; 3. ухудшение 3. увеличение переплава с металлургической связи с нижним слоем; 4. увеличение зоны нижним слоем; 4. уменьшение зоны термического влияния; термического влияния. 5. разбрызгивание порошка. Скорость 1. Временно: увеличение 1. Уменьшение высоты и сканирования высоты и ширины ширины наплавленного валика; наплавленного валика; 2. следы кипения и 2. капельное формирование валика; испарения материала; 78 3. увеличение переплава с нижним слоем; 4. увеличение зоны термического влияния; 5. разбрызгивание порошка. 3. ухудшение металлургической связи с нижним слоем; 4. уменьшение зоны термического влияния. На рис. 4.18 представлен вид сверху на валики, полученные при разных скоростях и мощностях. Показано, что мощности лазерного излучения 50 Вт хватает, чтобы образовать стабильные валики при скоростях 0,06…0,18 м/с, в то время как для 25 Вт зона стабильности находится между 0,06 и 0,09 м/с. Выбор мощности и скорости для процесса изготовления изделия, таким образом, будет заключаться в, во-первых, выборе подходящего по геометрическим размерам и стабильности валика и, во-вторых, по результатам металлографического анализа. Ответственный исполнитель работ по подготовке электронных моделей может назначать индивидуальные параметры процесса для каждого слоя или объекта, если ПО установки СЛП позволяет назначать параметры процесса таким образом. Работа проводится в соответствии с документацией и инструкциями к ПО установки СЛП. Отметим что, тенденции технологии СЛП направлены на получения набора оптимальных параметров для различных частей изделия. Одним из таких направлений является уже применяемая стратегия «контур-тело», когда для контура и нескольких ближайших слоёв заданы оптимальные параметры с малым диаметров пятна, высокой точностью и т.д., что может осуществляться отдельным лазерным источником, а тело детали (пространство внутри контура) обрабатывается более мощным ЛИ с большим диаметром лазерного пятна. Такая стратегия позволяет увеличить точность формы и размеров, и также производительность. Рисунок 4.18. Одиночные валики, зоны стабильности и нестабильности формирования: мощность лазерного излучения а) 50 Вт, б) 25 Вт 79 4.6.3 Подготовка оборудования СЛП к старту процесса производства Подготовку установки СЛП начинают минимум за 6 часов до начала процесса производства образцов, если установка оборудована генератором защитного газа, и за 3 часа, если установка оснащена защитными газами в баллонах. Генератор защитного газа запускают последовательно: 1) запускают компрессор сжатого воздуха, 2) закрывают краны выпуска защитного газа в установку селективного лазерного плавления 3) открывают краны впуска защитного газа в ёмкость, 4) запускают генератор защитного газа. Приблизительное время работы генератора защитного газа – 6 часов – для наполнения ёмкости в 1000 л при давлении не менее 4 атм. Такой объем ёмкости может обеспечить работу установки в течение 10-20 часов, в зависимости от потребления конкретной установки; Не менее чем за три часа до начала процесса производства включают систему ЧПУ установки СЛП (кроме лазера) для «прогрева». Необходимость, время и периодичность могут меняться в зависимости от производителя и марки установки СЛП, и согласуется с технической документацией на оборудование. Оператор установки монтирует технологическую подложку необходимых размеров на технологическую платформу установки СЛП. При этом проверяется уровень выставления установки/ технологической платформы/подложки с помощью рамного уровня ГОСТ 9392–89 и, в случае необходимости, корректируется, руководствуясь документацией к установке. Необходимое количество порошка загружается в порошковый бункер установки СЛП. Количество порошка определяется как максимальный размер рабочей зоны установки (технологической платформы) умноженный на максимальную высоту выполняемого изделия и умноженный на коэффициент запаса не менее 1,25. Следует отметить, что неиспользованный порошок может использоваться повторно после проведения процедуры подготовки порошков (по максимальным требованиям к качеству порошка). Защитные экраны и кожухи установки должны быть закрыты. При этом система ЧПУ установки должна показать индикатором изменение режима безопасности. Часто, например, перед началом работы на панели контроля и управления или непосредственно в графическом интерфейсе пользователя, загораются лампочки зелёного цвета, сигнализирующие о прохождении необходимых проверок безопасности. На панели отладчика (текстовое информационное окно графического интерфейса пользователя) отображаются текущие операции, необходимые для выполнения операции и ошибки. Оператор во всех случаях должен руководствоваться инструкцией и документацией на установку. В случае если документация отсутствует, оператор руководствуется инструкциями информационного окна в графическом интерфейсе пользователя. 80 После совершения подготовительных операция, засыпки порошка и подготовки оборудования и ПО к работе, оператор запускает процесс очистки камеры от кислорода и заполнение её защитным инертным газом для продува рабочей камеры. Для этого оператор открывает краны подачи газа в установку, а затем, используя систему ЧПУ или графический интерфейс установки, запускает процесс. По окончании выполнения настройки, система ЧПУ илиграфический интерфейс оповещают оператора об окончании процедуры. Электронная геометрическая модель детали загружается в ПО установки с помощью графического интерфейса. Параметры процесса, которые не регламентируются планом работ оставляются в том значении, которое задано в программе по умолчанию. Изменение таких данных допускается только по согласованию с руководителем работ. По окончании процедуры настройки режимов обработки, оператор сохраняет параметры в памяти ЭВМ и закрывает диалоговое окно ПО. Перед началом производства оператор визуально проверяет все блокировки на установке, постановку защитных экранов и другие приспособления, обеспечивающие безопасность труда и стабильность процесса. Так, например, оператор должен проконтролировать утечки защитного газа и количество кислорода в рабочей камере. Это обеспечивается с помощью автоматического контроля расхода защитного газа и датчика кислорода. 4.7 Запуск и контроль процесса производства Оператор запускает процесс производства. На начальном этапе, оператор должен контролировать ход выполнения производства не менее 5 мин. или не менее 5 сплавленных слоёв. Визуальному контролю подвергаются следующие параметры: выбрасывание искр из порошка, процесс сплавления порошка, процесс расстилки порошка, процесс перемещения лазерной головы, а также контроль количества кислорода в рабочей камере. В ходе работы, оператор непрерывно контролирует процесс селективного лазерного плавления визуально (допускается применение локальных систем видеонаблюдения и отображения). Если процесс длится дольше 10 мин., оператор контролирует первые 5 мин. процесса (но не менее 5 слоёв), а затем контроль осуществляется каждые 5, 10 или 20 мин. в зависимости от прогнозируемой длительности процесса. Частота может меняться по согласованию с руководителем работ. Контроль процесса может осуществляться также помощником оператора установки или назначенным ответственным лицом. Об окончании процесса производства система СПУ установки СЛП сообщает оператору посредством визуальной индикации или звукового сигнала. Оператор должен убедиться, что работа завершилась, механические элементы остановлены и обесточены, а лазер выключен. Открывание двери 81 установки СЛП производится согласно технологической документации к оборудованию СЛП. В случае если документация отсутствует, руководствуются следующими пунктами, соблюдая повышенные требования безопасности труда по электрической и пожарной безопасности, ПДК металлической пыли в воздухе рабочей зоны и повышенного содержания защитного газа в атмосфере рабочей зоны: - определить, требуется ли время для охлаждения рабочей платформы и изделия и выждать его, - при необходимости переместить рабочий стол или лазерную голову, или другие механические элементы таким образом, чтобы можно было извлечь изделие, - напустить в рабочую камеру воздух (при этом обеспечить обязательное проветривание помещения, где располагается установка с помощью приточновытяжной вентиляции по ГОСТ 12.4.021-75 «Системы вентиляции. Общие требования. ТУ» или естественным способом через окна, двери (рекомендуется в качестве дополнительного способа проветривания)), - отключить блокировку двери с помощью системы ЧПУ установки или графического интерфейса пользователя, - с помощью системы ЧПУ установки привести элементы установки в такое положение, при котором возможен допуск к извлечению изделий. На некоторых установках это означает, например, что требуется отключить пневматические запоры, удерживающие рабочий стол в рабочем положении «ЗАКРЕПЛЕН», поднять рабочую платформу или иные действия, - открыть дверь установки, - максимально возможно очистить деталь и место крепления технологической подложки к платформе, - демонтировать технологическую подложку, - очистить изделие от порошка в бункере рабочей платформы, при этом осторожно освобождая полости от порошка, сбрасывая порошок в тот же бункер (использование средств индивидуальной защиты и вентиляции строго обязательно), - переместить полученные детали в тару хранения. Как правило, готовые изделия хранят в пластиковых, картонных, бумажных или стеклянных упаковках, а затем передают для механической обработки или исследований; Порошок, оставшийся в порошковом бункере установки, а также порошок в бункере рабочей платформы считают загрязнённым. Такой порошок ссыпают в отдельный контейнер хранения, который маркируют согласно принятым обозначениям и регламентам. Перед передачей порошка на хранение такой порошок, как правило, просеивают согласно нормативной документации на порошки или технологической документации предприятия. В случае отсутствия документов следуют следующему плану: порошок просеивается на установке рассева порошков с максимальным ситом по ТЗ на выполняемые работы или указанным в документации на порошок (т.е. верхняя граница фракции по уровню 95%). Сита с максимальным номером и более по нормативной документации содержат загрязнения (т.е. спечённые частички и 82 иные инородные исходному порошку элементы, размер которых более максимальной фракции исходного порошка), которые необходимо утилизировать согласно нормативным документам на порошок или регламенту предприятия (также следует руководствоваться государственными стандартами и правовыми документами России). Отметим, что просеянный порошок перемещают в контейнер хранения с отметкой о необходимости подготовки порошка перед началом проведения следующих работ. Последующая обработка детали назначается по плану работ или ТЗ. В качестве последующей обработки могут быть применены следующие методы обработки: - резание (доводка посадочных, присоединительных, сопрягаемых и функциональных поверхностей); - шлифование и полирование (доводка функциональных поверхностей); - пескоструйная дробеструйная обработка (доводка функциональных поверхностей); - УЗ-обработка (доводка функциональных поверхностей); - термообработка (снятие остаточных напряжений, получение требуемых структур материала, получение требуемой твёрдости/пластичности); - метрологический контроль; - металлографический контроль; - контроль прочности статический и динамический; - контроль эксплуатационных параметров; - и др. Работы по всем видам обработок выполняются в соответствии с нормами и регламентами подразделения предприятия, государственными стандартами, а также в соответствии с нормами безопасности в отношении порошков. 83 5. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ ОБСЛУЖИВАНИЮ И РЕМОНТУ УСТАНОВОК ДЛЯ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА 5.1 Техническое производства обслуживание установок для аддитивного Техническое обслуживание - это комплекс операций по поддержанию работоспособности или исправности оборудования при его использовании по назначению, во время ожидания, хранения или транспортирования. Рассмотрим процедуру проведения ТО на примере установки СЛП. Периодичность проведения технического обслуживания установки СЛП, как правило, определяется технической документацией установки и инструкцией по эксплуатации. В некоторых случаях «официальные представители» производителя установки предоставляют лишь обобщенную информацию по срокам проведения ТО, необходимым операциям по обслуживанию установки и сопутствующего оборудования. Однако и в первом и во втором случаях бывает сложно разобраться, когда именно проводить ТО установки, какие операции при этом следует выполнять, какие инструменты и принадлежности, а также смазочные средства, использовать. В первую очередь следует разобраться с составлением графика проведения технического обслуживания установки СЛП. Рекомендуемые сроки выполнения тех или иных операций на основных частях установки СЛП приведены в таблице 5.1. Периодичность ТО рассчитана исходя из 8-ми часовой рабочей смены и 5-ти дневной рабочей недели при максимальной загруженности оборудования. Таблица 5.1 - Периодичность проведения технического обслуживания установки СЛП Периодичность Часть установки Операции Ежедневно Вся установка 1) Общая чистка установки от частиц порошка 2) Продувка окна лазера инертным газом 3) Очистка ножа (ролика) механизма нанесения и разравнивания порошка от пыли специальным раствором 3) Общий визуальный осмотр 84 Рабочая платформа Устройства безопасности Оперативный блок Блок управления Еженедельно Вся установка Генератор азота Каждые 100 часов (2-3 Вся установка недели) Оперативный блок 85 Проверка уровня рабочей платформы Проверка крепления ножа (ролика) в механизме нанесения и разравнивания порошка Проверка наличия порошка в системе подачи Визуальная проверка состояния аварийных выключателей, концевиков 1) Проверка состояния защитных кожухов 2) Контроль блокировки открывания двери 3) Проверка оптической системы и отверстий для подачи инертного газа на наличие частиц пыли Резервное копирование и архивирование баз данных, системных конфигураций и файлов управляющих программ Контроль и чистка направляющих механизмов установки Проверка давления азота Смазка механизмов, движущихся по осям X, Y и Z (зубчато-реечные механизмы, ползуны линейных направляющих), в том числе осей Z поршней рабочей платформы и системы снабжения порошком Смазка редукторов электродвигателей приводов установки Каждые 200 часов (или ежемесячно) Каждые 1000 (или 6 месяцев) Рабочий стол Смазка ползунов рабочего стола Оперативный блок 1) Проверка соединений всех механизмов Устройства безопасности Проверка функционирования аварийных выключателей, защитных ограждений 2) Проверка позиционирования приводов оптической системы Визуальный осмотр состояния колонн, осмотр на утечки газов, контроль работы клапанов, калибровка газоанализатора остаточного кислорода в азоте. Обслуживание фильтрации поступающего воздуха: обслуживание осушителя воздуха, (очистка радиаторов, замена картриджей фильтрующих элементов при наличии), обслуживание магистральных фильтров путем замены фильтрующих элементов, очистка или замена фильтров воздушной трассы управления клапанами, замена магистральных фильтров азота, замена кислородной ячейки газоанализатора, часов Оперативный блок Генератор азота Каждые 2000 (или ежегодно) часов Генератор азота 86 контроль работы редукторов газа Сроки проведения технического обслуживания установок для аддитивного производства могут изменяться в зависимости от загруженности оборудования, условий окружающей среды (в том числе температуры и влажности воздуха, загрязненности помещения), использования вида материала для печати, качества смазочных материалов, изношенности оборудования или по другим причинам. Например, если установка недостаточно загружена и работает только половину смены, то период проведения техобслуживания можно увеличить в два раза. С другой стороны, необходимо следить за качеством смазки установки, так как одни типы смазочных материалов имеют свойство со временем подсыхать, другие – растекаться под воздействием жары в летний период, третьи –впитывать пыль от порошка материала. Поэтому, независимо от загруженности установки, при выявлении малейшей сухости на механизмах, или затрудненного перемещения подвижных частей установки, временные промежутки между операциями смазки данных узлов следует сократить. Периодичность проведения технического обслуживания некоторых устройств установки для аддитивного производства в приведенной таблице могут существенно отличаться у разных поставщиков. Например, контроль и чистка направляющих механизмов установки согласно нормативным рекомендациям одного производителя выполняется через месяц. У другого производителя, обозначена периодичность 1000 часов. В данном случае следует обратить внимание на то, как часто используется установка. При достижении количества циклов смен 50000, ТО следует проводить с полной разборкой, чисткой и смазкой направляющих механизмов, а в остальной период достаточно выполнить операции обслуживания на доступных без разборки участках устройства. Для удобства проведения техобслуживания установки для аддитивного производства некоторые операции можно объединить и выполнять их единовременно. Здесь следует учесть время, затрачиваемое на выполнение той или иной операции и время подготовки к проведению ТО. Для своевременного выполнения операций технического обслуживания установки для аддитивного производства, а также планирования и организации бесперебойной работы предприятия, необходимо построить график проведения ТО. В таком случае оператор установки не пропустит время проведения ТО, а руководство будет заблаговременно информировано об остановке машины и по мере необходимости сможет привлечь необходимых специалистов. 87 5.2 Нормативы, регулирующие ремонтные работы и техническое обслуживание оборудования на предприятии Ремонт - это комплекс операций по восстановлению исправности, работоспособности либо ресурса оборудования, либо его составных частей. Вопросам своевременности и качества ремонта предприятия придают большое значение. Следует учитывать, что многие предприятия не имеют средств на приобретение современного оборудования и вынуждены работать на морально и физически устаревшем оборудовании, которое необходимо поддерживать в работоспособном состоянии. На предприятиях всегда не хватает квалифицированных рабочих ремонтников, особенно электронщиков. Повышение требований к качеству, определяющему конкурентоспособность продукции, вызывает необходимость обеспечения высокой устойчивости и точности технологических процессов при изготовлении продукции. А этого можно достигнуть лишь при четкой организации системы технического обслуживания и ремонта оборудования. Внедрение рациональной системы профилактического обслуживания способствует сокращению простоев оборудования по техническим причинам. Это ведет к улучшению использования производственных мощностей предприятия, является предпосылкой дополнительного выпуска продукции. Задачами организации ремонтных работ на предприятии являются: поддержание оборудования в работоспособном состоянии; предупреждение преждевременного износа деталей и узлов; сохранение высокой точности, надежности и долговечности оборудования; сокращение простоев оборудования во время ремонтов и техобслуживания; снижение затрат на ремонт и техническое обслуживание. Для выполнения указанных задач на предприятиях должны быть созданы соответствующие производственные и организационные структуры и принята система ремонта и технического обслуживания оборудования. Рациональная организация производства на предприятии предполагает и четкую организацию системы технического обслуживания и ремонта оборудования. Под системой ремонта понимается совокупность взаимосвязанных положений и норм, определяющих организацию и выполнение ремонтных работ на предприятии. Существует несколько систем организации ремонта оборудования. В основу каждой из них закладывается определенный изначальный принцип. Он касается, прежде всего, периодичности выполнения ремонтов и технического обслуживания. Наиболее широко распространены три системы. Система ремонта оборудования «по отказам» предусматривает выполнение ремонтов в случае отказа работы оборудования. В этой системе достаточно сложно предусмотреть простои и затраты на ремонт. К числу 88 недостатков этой системы можно отнести длительность простоя оборудования при ремонте и значительные затраты на ремонт. Система послеосмотрового ремонта. При использовании этой системы решение о проведении ремонта принимается после осмотра оборудования. Вышеперечисленные две системы называются еще системами ремонта по потребности. Система планово-предупредительного ремонта (ППР). При использовании этой системы ремонта заранее выполняется комплекс работ, предупреждающий большой износ оборудования, длительные простои, большие затраты на ремонт и аварии. Под системой планово-предупредительного ремонта понимается совокупность организационных и технических мероприятий по изучению и контролю износа деталей и узлов машин, а также по уходу, надзору, обслуживанию и ремонту оборудования, проводимых на нормативной основе с целью постоянного поддержания оборудования в работоспособном состоянии и предупреждения неожиданных выходов его из строя. Такая система ремонта позволяет наилучшим образом сочетать работы по техническому обслуживанию и профилактическому ремонту с общим ходом производственного процесса на предприятии. Сущность системы планово-предупредительного ремонта заключается в следующем: систематическая проверка состояния оборудования и проведение необходимых ремонтов для предупреждения аварии; необходимость изучения износа деталей и узлов и планирования ремонтов с целью предупреждения аварий; обязательная материальная и техническая подготовка планируемых ремонтов с целью повышения качества ремонтов и уменьшения простоев при ремонтах машин; создание надежных предпосылок для снижения трудоемкости ремонтов. На предприятиях применяется планово-предупредительная система ремонта оборудования или отдельные ее элементы. При этом нормативной базой является «Положение о техническом обслуживании и ремонте оборудования предприятий». Этот документ в значительной степени носит характер методических рекомендаций. Необходимость изменения подхода к системе плановопредупредительного ремонта была обусловлена увеличением хозяйственной самостоятельности предприятий, фактическим невыполнением запланированных ремонтов и работ по техническому обслуживанию, формальным подходом и несоблюдением нормативов, большими затратами на ремонт и техобслуживание. Основные черты действующего варианта системы плановопредупредительного ремонта: - нормами и нормативами предприятие может воспользоваться, если в ремонтной и эксплуатационной документации нет конкретных указаний о 89 проведении предупредительных ремонтов и техническом обслуживании оборудования; - состав и содержание ремонтных операций должны ориентироваться на фактическое состояние и использование оборудования; - нормативы простоев и трудоемкости ремонтных работ носят усредненный характер и применяются в основном для планирования численности ремонтных рабочих и расчета эффективного фонда времени работы оборудования. В целом система ремонта остается планово-предупредительной, но меняется ее характер. Она стала более гибкой, рассчитанной на расширение самостоятельности предприятий в определении своей ремонтной политики. Усиливается роль предприятий-изготовителей новой техники в определении нормативов трудоемкости ремонтных работ и простоев. Содержание работ по поддержанию оборудования в работоспособном состоянии регламентируется ремонтной политикой предприятия, она определяет виды ремонтных работ и технического обслуживания оборудования и периодичность их проведения. Ремонтная политика не обязательно жестко определяется на весь срок эксплуатации и может быть откорректирована с учетом плановых осмотров или неплановых ремонтов, может проводиться индивидуально по отношению к единице оборудования в зависимости от его физического состояния. Качественное выполнение работ по техническому обслуживанию значительно удлиняет сроки службы оборудования и сокращает затраты на плановые ремонты. Техническое обслуживание выполняется во время перерывов в работе оборудования производственными рабочими. Подготовка и производство монтажных работ заключается в сборке и установке нового оборудования. Финансирование таких работ осуществляется за счет капитальных вложений. Этот вид работ выполняет представитель поставщика оборудования при участии работников ремонтных служб предприятия. Пусконаладочные работы, освоение и обкатка состоят в доведении оборудования до работоспособного состояния, обеспечивающего качественное и количественное выполнение технологических операций. Затраты на пусконаладочные работы относятся на себестоимость продукции. В проведении этого вида работ принимают участие те же исполнители, что и в производстве монтажных работ, и, кроме того, основные рабочие, обслуживающие данное оборудование. Эти виды работ могут выполняться и специальной монтажной организацией, предприятием-изготовителем или самим предприятием. В состав периодического технического обслуживания входит ежесменное обслуживание и осмотры. Ежесменное обслуживание включает в себя наружный осмотр, смазку, чистку, устранение мелких неисправностей, регулировку отдельных механизмов, проверку технологической точности, контроль за правильностью 90 технической эксплуатации оборудования. Выполняют ежесменное обслуживание основные и ремонтные рабочие. Осмотры могут различаться содержанием операций. Система проведения осмотра - общая составляющая ремонтной политики для всего эксплуатирующегося оборудования. В зависимости от выявленного при осмотре состояния тех или иных функциональных систем оборудования может меняться периодичность осмотров и перечень контролируемых при осмотре параметров. В целом осмотр заключается в проверке состояния оборудования с целью устранения мелких неисправностей. Во время осмотра производится чистка и смазка оборудования, в зависимости от результатов осмотра осуществляются более сложные ремонтные операции. Осмотры проводятся не реже одного раза в месяц слесарями и рабочими, обслуживающими данное оборудование. Ремонты предполагают обязательную замену изношенных узлов и деталей. Текущий ремонт выполняют без демонтажа оборудования, в ходе его устраняют неисправности путем замены или восстановления отдельных составных частей (быстроизнашивающихся деталей), а также выполняют регулировочные работы. Его выполняют штат, обслуживающий данное оборудование, с привлечением персонала ремонтных служб или только персонал ремонтных служб. Средний ремонт выполняется для восстановления исправности и частичного восстановления ресурса оборудования с заменой или восстановлением составных частей ограниченной номенклатуры. Задачей среднего ремонта является восстановление эксплуатационных характеристик оборудования путем замены только изношенных или поврежденных составных частей. При проведении среднего ремонта обязательно проверяется техническое состояние остальных составных частей и устраняются обнаруженные неисправности. Капитальный ремонт предполагает полную разборку оборудования, замену базовых деталей и узлов, комплексную проверку и испытания после проведения ремонта. Капитальный ремонт должен не только восстанавливать характеристики оборудования, но и улучшать их за счет модернизации. Модернизация устраняет моральный износ оборудования и предусматривает улучшение его рабочих характеристик. В результате капитального ремонта осуществляется полное или близкое к полному восстановление ресурса оборудования. Этот вид ремонта выполняют только ремонтные рабочие. Капитальный ремонт проводится в зависимости от технического состояния оборудования. Аварийный ремонт - в данной системе планово-предупредительного ремонта внеплановый ремонт. Причинами возникновения такого ремонта являются: несоблюдение правил технической эксплуатации, низкое качество монтажных и пусконаладочных работ, скрытый брак в деталях оборудования, 91 недостаточная квалификация рабочих, плохое содержание рабочего места, несоблюдение технических требований, поставка недоброкачественных запчастей и т.п. Вопрос о технико-экономической целесообразности проведения ремонтных работ решается предприятием самостоятельно с учетом рекомендаций изготовителя, технического состояния оборудования, финансовых возможностей предприятия и т.п. В современных условиях деятельности предприятий при заключении контрактов на поставку оборудования с предприятием-изготовителем или посредником предусматривается, что будет представлена эксплуатационная, ремонтная документация, монтажные схемы и установочные чертежи. В эксплуатационной документации должны указываться виды работ по ремонту и обслуживанию оборудования, периодичность их выполнения. Если таких указаний нет, то предприятие самостоятельно определяет свою ремонтную политику, т.е. объем и виды ремонтных работ в каждом году вплоть до списания оборудования. Предприятие самостоятельно решает и вопросы, связанные с выполнением подготовительных, монтажных и пусконаладочных работ, если оно выполняет эти работы самостоятельно. В этих случаях используются рекомендации «Положения о техническом обслуживании и ремонте оборудования», которые устанавливают количественные параметры ремонтных и обслуживающих процессов: Периодичность проведения ремонтов и технического обслуживания. Если в эксплуатационной документации нет других указаний, то в течение нормативного срока службы ежегодно, за исключением первого года гарантийного обслуживания и года, в котором проводится капитальный ремонт, осуществляется текущий ремонт. В течение года ежемесячно, за исключением месяца проведения текущего ремонта, осуществляется осмотр оборудования. Нормативные сроки службы оборудования установлены по основным видам для двухсменного режима работы оборудования. Этот показатель используется при расчете среднегодовой трудоемкости ремонтных работ. Нормативы простоя установлены на весь срок службы оборудования суммарно и дифференцированно по видам работ. Суммарный норматив простоя используется при определении эффективного фонда времени работы оборудования в расчетах производственной мощности оборудования. Нормативы трудоемкости при проведении технического обслуживания и ремонте определены отдельно по видам ремонтов и осмотров по видам и маркам оборудования. Трудоемкость распределяется по видам работ: слесарные, станочные, электротехнические, электронные, контрольноизмерительные и прочие (сварочные, малярные, столярные). На основании нормативов трудоемкости можно определять количество ремонтных рабочих и станков. Количество рабочих для ежемесячных осмотров устанавливается в зависимости от нормы обслуживания одним ремонтным рабочим по трудоемкости капитального ремонта в нормо-часах по специальностям 92 ремонтных рабочих (слесарь-ремонтник, слесарь-электрик, станочник широкого профиля, токарь, фрезеровщик и др.). Количество рабочих для выполнения ремонтных работ может определяться по суммарной трудоемкости ремонта оборудования, а также по видам отдельных ремонтных работ (по специальностям рабочих). 5.3 Планирование и организация технического обслуживания оборудования подготовки ремонта и Объем ремонтных работ по предприятию определяет отдел главного механика. Планирование ремонтных работ осуществляется в виде годового плана-графика. В основу плана-графика положена структура ремонтного цикла по каждому виду оборудования и нормативы трудоемкости по видам планируемых ремонтов для каждого вида оборудования. План-график является основой для определения загрузки ремонтных подразделений. На его основании определяется годовая трудоемкость ремонтных работ, численность персонала, потребность в материалах и т.д. Плановые ремонтные работы должны увязываться с производственной программой основных цехов. Годовой план-график ремонта составляется по месяцам планируемого года и включает кроме ремонтов и осмотры оборудования. Календарные сроки ремонта каждой единицы оборудования определяются по согласованию с руководством цеха основного производства. Ремонтные работы, предусмотренные планом-графиком, надо, по возможности, равномерно распределять по кварталам и месяцам года для однотипного оборудования и обеспечивать равномерную загрузку ремонтных рабочих. При построении графика осмотров учитывается принятая периодичность профилактических работ и соответствующие нормы времени на выполнение этих работ. Предприятия заинтересованы в сокращении сроков простоя оборудования в ремонте, а также в высоком качестве проведения ремонтных работ. Для этого необходима их техническая и материальная подготовка. Техническая подготовка состоит из конструкторской и технологической подготовки. Конструкторская подготовка заключается в подготовке следующей документации: альбомов чертежей сменных деталей и узлов; паспортизация оборудования и т.д. Альбомы чертежей используются при технологической подготовке ремонтных работ. Технологическая подготовка предусматривает составление технологической карты ремонта, основанной на типовых технологических процессах разборки и сборки оборудования, разработку технологических процессов изготовления и восстановления деталей, проектирование 93 специальной оснастки для проведения ремонтных работ, а также уточнение ведомости дефектов. Технологические ремонтные карты должны содержать нормы времени на выполнение станочных, слесарных и других видов ремонтных работ. Перед каждым ремонтом на основе данных технического обслуживания составляется ведомость дефектов. Она составляется специалистом ремонтной службы и корректируется после разборки оборудования. Ведомость дефектов содержит перечень деталей и узлов, которые необходимо изготовить или восстановить. На ее основе составляются заявки в РМЦ и на приобретение деталей, материалов, инструментов и приспособлений. Ведомость дефектов прикладывается к договору между производственным цехом и ремонтной службой на выполнение ремонтных работ. Материальная подготовка ремонтных работ заключается в своевременном приобретении или изготовлении запасных деталей или узлов, снабжении инструментами и приспособлениями, материалами и комплектующими изделиями. Техническую и организационную подготовку необходимо сочетать с организационными мероприятиями по выводу оборудования в ремонт. Это, прежде всего, согласование сроков проведения ремонта с оперативнокалендарными планами выпуска изданий на данном участке производства. 5.4 Организация проведения ремонтных работ и технического обслуживания на предприятии Ремонтные работы и техническое обслуживание технологического оборудования на предприятиях выполняются силами РМУ и ремонтными службами основных цехов. В зависимости от доли работ, выполняемых РМЦ и цеховыми ремонтными службами, различают три формы организации ремонта: централизованную, децентрализованную и смешанную. При централизованной системе все виды ремонта и часть межремонтного обслуживания проводятся силами РМЦ. При смешанной системе наряду с РМЦ создается цеховая ремонтная служба, возглавляемая механиком цеха и состоящая из бригады слесарей и дежурного ремонтного персонала. При этой системе капитальный ремонт выполняется РМЦ, а текущий ремонт и ежесменное обслуживание - силами цеховой ремонтной службы. При децентрализованной форме все виды ремонтов и технического обслуживания оборудования выполняются силами цеховых ремонтных баз, под руководством механиков цехов. На предприятиях применяют централизованную и смешанную формы организации ремонтных работ и технического обслуживания. 94 При любой системе ремонта дежурный ремонтный персонал и ремонтные бригады слесарей прикрепляются к определенной группе оборудования или производственному участку. В штат ремонтной службы цеха выделяются инженеры-механики, инженеры-электрики, техники по наладке и испытаниям. Численность указанных специалистов определяется в зависимости от специализации цеха и трудоемкости капитального ремонта оборудования цеха или участка. В случае грубого нарушения правил технической эксплуатации оборудования или техники безопасности специалист ремонтной службы имеет право остановить работу оборудования и принять меры к их устранению, поставив в известность руководство цеха. На предприятиях должен строго соблюдаться порядок сдачи оборудования в ремонт, приемки его после ремонта и учет осмотров. Основанием для сдачи конкретной машины в ремонт служит оперативный план-график. Проведение осмотра, текущего и капитального ремонтов, фиксируется в следующих документах, представленных в таблице 5.2. Таблица 5.2 - Состав документов, отражающих технических состояние оборудования Вид ремонта или технического обслуживания Наименование документа О Т С K Эксплуатационный паспорт — + + + Журнал учета технического состояния, технического + + + + обслуживания и ремонтов Kарта осмотров + — — — Ведомость дефектов — + + + Акт сдачи оборудования в ремонт — + + + Акт по приемке оборудования после — + + + ремонта Перспективный план-график + + + проведения плановых ремонтов Годовой и оперативный планыграфики проведения осмотров и + + + + плановых ремонтов Оборудование должно удовлетворять особым техническим требованиям при его приемке в ремонт. Начальник производственного цеха (механик цеха, мастер участка), сдающий машину в ремонт, предъявляет акт о сдаче машины в соответствующий вид ремонта. Проверяется комплектность машины. Лицо, принимающее оборудование в ремонт, имеет право проверить ее техническое состояние путем частичного демонтажа отдельных узлов и механизмов. 95 На завершающем этапе ремонта оборудование испытывается на холостом ходу, под нагрузкой и при различных режимах работы. После окончания ремонта, при условии нормальной работы машины и соответствия качества производимой ею продукции требованиям технических стандартов, составляется акт о приемке оборудования после ремонта. Большую специфику имеет организация ремонтных работ и технического обслуживания в мелких районных и городских типографиях. На малых предприятиях ремонтная служба может состоять из небольшого штата слесарей, которые вместе с основными производственными рабочими выполняют периодическое техническое обслуживание оборудования. Поскольку должность главного механика в штатном расписании малого предприятия отсутствует, ответственность за работоспособность оборудования несет один из заместителей директора малого предприятия. Естественно, что при отсутствии материальной базы проведения ремонтных работ и такой упрощенной структуре ремонтной службы предприятия необходимо пользоваться услугами специализированных организаций по обслуживанию и ремонту оборудования. Предприятие может предусмотреть для современного и особо сложного оборудования использование фирменного ремонтно-технического обслуживания. Оно включает в себя выполнение следующих видов обслуживания: монтажные, шефмонтажные и пусконаладочные работы; выполнение всех видов ремонта и техническое обслуживание оборудования; изготовление и снабжение запасными частями; обучение персонала типографий правилам обслуживания и ремонта оборудования; информационное обеспечение потребностей оборудования; сбор информации о работе оборудования. Объем выполняемых услуг и оперативность их оказания определяются договором, заключенным между предприятием-поставщиком оборудования и предприятием. 96 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Основная литература: 1. Кравченко, Е. Г. Аддитивные технологии в машиностроении: учебное пособие для СПО / Е. Г. Кравченко, А. С. Верещагина, В. Ю. Верещагин. — Саратов: Профобразование, 2021. — 139 c. — ISBN 978-5-44881193-7. — Текст: электронный // Электронный ресурс цифровой образовательной среды СПО PROFобразование: [сайт]. — URL: https://profspo.ru/books/105721 (дата обращения: 15.10.2021). 2. Каменев, С. В. Технологии аддитивного производства: учебное пособие для СПО / С. В. Каменев, К. С. Романенко. — Саратов: Профобразование, 2020. — 144 c. — ISBN 978-5-4488-0564-6. — Текст: электронный // Электронный ресурс цифровой образовательной среды СПО PROFобразование: [сайт]. — URL: https://profspo.ru/books/92180 (дата обращения: 15.10.2021). 3. Панов, Ю. Т. Экструзия полимеров и литье под давлением: учебное пособие для вузов / Ю. Т. Панов, Л. А. Чижова, Е. В. Ермолаева. — Москва: Издательство Юрайт, 2021. — 131 с. — (Высшее образование). — ISBN 9785-534-13005-8. — Текст: электронный // ЭБС Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/476475 (дата обращения: 15.10.2021). 4. Шишмарёв, В. Ю. Диагностика и надежность автоматизированных систем: учебник для среднего профессионального образования / В. Ю. Шишмарёв. — 2-е изд. — Москва: Издательство Юрайт, 2021. — 341 с. — (Профессиональное образование). — ISBN 978-5-534-13629-6. — Текст: электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/475872 (дата обращения: 15.10.2021). Дополнительная литература: 1. Кожухов, В. А. Ремонт технологического оборудования: учебное пособие / В. А. Кожухов, Н. Ю. Кожухова, Ю. Д. Алашкевич. — Красноярск: Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева, 2018. — 114 c. — ISBN 2227-8397. — Текст: электронный // Электронный ресурс цифровой образовательной среды СПО PROFобразование: [сайт]. — URL: https://profspo.ru/books/94904 (дата обращения: 15.10.2021). — Режим доступа: для авторизир. пользователей 2. Техническая эксплуатация и ремонт технологического оборудования: учебное пособие для СПО / Р. С. Фаскиев, Е. В. Бондаренко, Е. Г. Кеян, Р. Х. Хасанов. — Саратов: Профобразование, 2020. — 261 c. — ISBN 978-5-44880692-6. — Текст: электронный // Электронный ресурс цифровой образовательной среды СПО PROFобразование: [сайт]. — URL: https://profspo.ru/books/92179 (дата обращения: 15.10.2021). — Режим доступа: для авторизир. пользователей 97