Topmes

Diskusní fórum

TOPMES s.r.o., Štěrboholská 44, 102 00 Praha 10+420 271 752 341info(@)topmes.cz

3D stroje všeobecně

Konstrukční materiály

Proč keramika?

konstrukční materiál se vyznačuje vynikajícím koeficientem rozměrové teplotní stability, který nabývá hodnoty 6ppm / ºC. To znamená, že jeden metr keramického profilu při změně teploty o 1 ºC expanduje o 6 µ, zatímco 1 m aluminia o 23 µ.

Tyto změny rozměru je možno kompenzovat různými metodami, které jsou však vždy založeny na předpokladu, že materiál je homogenní, má všude stejnou hodnotu koeficientu roztažnosti a změna teploty nastává rovnoměrně v čase a rovnoměrně v celém objemu. To však v praxi nikdy není zcela splněno. Dochází k nepředvídatelným změnám rozměru, které jsou tím větší, čím je větší změna teploty a větší hodnota teplotního koeficientu roztažnosti. Tyto nepředvídatelné a tedy nekompenzovatelné změny rozměru se podílejí nejméně ±10% na celkovém prodloužení. Pro keramiku to znamená hodnotu ±0.6 µ/m, pro aluminium je to však již ±2.3 µ/m. Nepříznivě se projevuje i chyba měření teploty.

V reálném prostředí mechanická konstrukce stroje nikdy nemůže expandovat lineárně, neboť teplota uvnitř materiálu není totožná s teplotou okolí, navíc konstrukce nikdy není zcela homogenní, obsahuje obrobené součásti nebo odlitky, které mají odlišné vnitřní pnutí. Vzhledem k tomu, že technika teplotní kompenzace založená na principu prostorové error mapy vychází z lineární povahy teplotní roztažnosti, nikdy nemůže zcela dokonale kompenzovat teplotní změny. Proto je důležité volit materiály s co možná nejnižším koeficientem teplotní roztažnosti. 

Rovněž tvar průřezu je velmi důležitý. Největší nehomogenita materiálu se vyskytuje v rozích profilu, proto symetrický obdélníkový průřez je z hlediska softwarové kompenzace podstatně výhodnější než trojúhelníkový průřez, který svůj tvar nikdy nemůže měnit lineárně. Navíc se změny teploty projeví podstatně rychleji na ostrých rozích, než v pravoúhlém profilu.

Další významnou předností keramických materiálů je nejlepší poměr tuhosti k měrné hmotnosti ze všech známých konstrukčních materiálů, který u keramiky vychází na 8.18, zatímco u aluminia nabývá hodnoty pouze 2.52. Čím je celková tuhost konstrukce v poměru k hmotnosti vyšší, tím je i lepší opakovatelnost měření. To je důležité zejména při scanningu, kdy se měkčí konstrukce portálu nepříznivě projevuje na přesnosti měření.

Keramika je nejvýhodnější materiál pro pojezd vzduchových ložisek i z hlediska její tvrdosti. Je o 50% tvrdší než ocel a o 330% tvrdší než aluminium. Finální úprava pojezdů se provádí lapováním. Aluminium je relativně měkký materiál a před finálním povrchovým opracováním je třeba povrch vytvrzovat, tím se ale zvyšuje jeho nehomogenita z hlediska teplotní roztažnosti. Další problém může nastat při poškození povrchu, například při pádu předmětu na plochu pojezdu. Zatímco u aluminia to znamená deformaci vedení v místě dopadu, z keramiky se pouze případně vyštípne malý kousek a povrch se nemusí nákladně přebrušovat.

Z výhod aluminia tedy zůstává jen jeho nízká hmotnost a relativně příznivá cena. Granit je rovněž materiál s dobrými mechanickými vlastnostmi. Zůstává stále nejvýhodnějším materiálem na měřicí stoly, neboť je tvrdý a mechanicky stabilní a vzhledem ke své vysoké měrné hmotnosti dobře pohlcuje vibrace. Pro pohybující se konstrukce však není vhodný kvůli své hmotnosti. Rovněž pevnost je nižší než u keramiky a pro stavbu portálů je nutno použít relativně větších průřezů, čímž se zvyšuje hmotnost pohyblivých částí stroje. Špatně lze na něj aplikovat systém kompenzace změny teploty. Další nevýhodou granitu je nepříjemná vlastnost pohlcování vlhkosti z ovzduší.

Systém D-PEC (Dynamic Probe Compensation) se využívá pro kompenzaci teplotní roztažnosti sestavy dotykové sondy. Například u sestavy sondy s prodloužením (na obrázku) dochází při změně teploty o 5 ºC k prodloužení o 20 mikronů.

Nahoru

+420 271 752 341
info(@)topmes.cz

Vytvořila společnost Pro-idea.cz

© 2019 TOPMES s.r.o., Štěrboholská 44, 102 00 Praha 10