Tehnologii Neconventionale

Turnarea cu modele usor fuzibile

Sa se proiecteze tehnologia neconventionala de fabricare a unei piese 100x40x30 , material Fonta , seria de fabricatie 250 buc folosind Turnarea cu modele usor fuzibile.

Itinerarul tehnologic:

1

Model master

Matrite din cauciuc siliconic

Modele din ceara

Wax tree

Forma ceramica

Turnare sub vid a metalului

Tehnologia de fabricatie FDM

Tehnologia de fabricatie turnare sub vid

Tehnologia de fabricatie turnare sub vid

1.1 FABRICAREA MODELULUI MASTER PRIN DEPUNERE DE MATERIAL (FDM)

Acest procedeu de fabricare rapida a prototipurilor (FRP) se bazeaza pe incalzirea materialului depus pana in aproprierea punctului sau de topire si apoi depunerea acestui material topit acolo unde este nevoie pentru construirea modelului dorit .

Cheia procedeului consta in controlul riguros al temperaturii la care este incalzit si mentinut materialul in timpul depunerii .Materialul utilizaqt poate fi un fir de ceara speciala ,nylon , poliamida sau plasticABS. Incalzirea firulkui ABS se realizeaza la o temperature de 270 o C ,la care materialul se gaseste intro stare semilichida ,el putand fi in continuare extrudat ,printr-o duza de diametru foarte mic (0,254mm sau 0,127 mmm).

Duza prin care este extrudat materialul plastic aflat in stare semilichida poate fi deplasata impreuna cu capul de incalzit pe care este fixata. Aceasta deplasare se face in planul XY ,miscarea fiind controlata numeric de catre echipamentul de comanda al masinii.

Piesa in constructie se afla fixate pe o ploatforma ce ce deplaseaza pe verticala ,de-alungul axei Z ,miscare de asemenea controlata numeric ,de catre echipamentul de comanda al masinii.

In acest fel se poate fabrica o piesa prin depunere de material acolo unde configuratia piesei respective o cere . Important este ca timpul de materializare a uniu model virtual ,construit pe calcul;ator ,intr-unul fizic ce poate fi folosit mai departe in pregatirea fabricatiei sau direct ca piesa functionala ,este foaret scurt ,in comparative cu procedeele clasice de fabricatie .

1.2 PROCEDEUL DE FABRICATIE PRIN FDM

Echipamentul necesar :

Pentru materializarea procedeului FDM sunt necesaere o masina FDM (de exemplu , masina FDM 1650)si o statie grafica sau un calculator Pentium cu o configuratie performanta ,tehnica de calcul necesara preluariiunui fisier .STL ,sectionarii acestuia in straturi successive ,procesarii informatiilor geometrice necesare si transmiterii comenzilor la masina.

Gabaritul maxim al pieselor ce se pot fabrica utilizand masina FDM 1650 este un cub cu latura de 250 mm .

Conectarea masinii FDM 1650 la calculator sau la statia grafica ,eset realizata printr-o interfata seriala de tipul RS-232 .

2

Masina FDM1650 din cadrul universitatii tehnice Cluj –Napoca

Fig 1.1

1.3 Procesul FDM

Ca si celelalte tehnologii de FRP , datele de ointrarea privind modelul 3D virtual construit pe calculator ,sunt preluate dintr-un fisier de format special de tip .STL.

Sistemul stratasys include sui un pachet CAD /CAM specializat (QUICK SLICE) .care va icarca fisierul STL,dupa care eurmeaza etapele de pregatire si trransmitere a datelor catre masina .

Firul de plastic ,care se desfasoara de pe o rola ,intra in capul de incalzit unde incalzirea are loc pana in aproprierea punctului de topire (cu circa 1o C sub punctul de topire ).

Atunci materialul thermoplastic aflat in stare lichida este extrudat si depus in straturi subtiri .Fabricarea piesei se face in straturi si prin acest procedeu .Aceasta inseamna ca doar l aterminarea copmpleta a unui strat se trece la stratul urmator . depunerea incepand cu stratul de baza al piesei .

Materialul topit pentru depunere este precis laminat la iesirea din duza si este depus imediat acolo unde configuratia piesei din stratul respecticv o cere miscarea duzei in planul XY fiind controlata numeric

Dupa depunere ,plasticul lichidd se solidifica foarte rapid ,fiecare strat aderand perfect la cel depus anterior . masina are si un al treilea fir utilizat ca material de suporturi dar care nu face parte din piesa insa sunt necesare pentru sustinerea materialului piesei in timpul fabricatiei,acolo unde piesa are o configuratie mai complexa care prezinta goluri interioare.Acxeste suporturi sunt generat in mod automat de catre soft fiind depuse la randul lor strat cu strat la fel ca materialul piesei. Dupa depunerea materialului piesei din stratul current

3

inainte de trecera la depunerea stratului urmator se dep[une stratul pentru suporturi din stratul current pentru sustinerea (acolo unde este cazul)a stratului urmator .

Pentru cresterea productivitatii fabricatiei suporturile sunt facute (se construiesc) dintro structura lamelara.

Fig 1.2

Caracteristicile tehnologice ale procesului FDM:

-         viteza mare de lucru

-         conditii d eperfecta securitate a muncii

Masina Stratasys FDM 1650 se preteaza foarte bine pentru a fi amplasata si in atelierele d eproiectare ,nu doar in sectiile de productie sau atelierele de prototipuri.

4

1.4 MATERIALE UTILIZATE IN CADRUL PROCESULUI FDM

Se pot fabrica piese piese prin depunere de material topit ,utilizand urmatoarele materiale :

-         ceara pentru modele usor fuzibile :

-         plastic P301

-         plasticABSP400

Fiecare diuntre aceste materiale se livreaza sub forma de fir (de circa 1,3 mm diametru )infasurat pe mosor .Este importanta pastrarea acestor materiale in locuri cu umiditate scazuta .

Panoul de control al masinii FDm 1650 afiseaza atat valorile effective ale temperaturiilor de lucru cat sip e cele programate ale:

-         materialului piesei

-         ,aterialul;ui pt suporturi

-         Incintei de lucru

Temperaturile recomandate de lucru depind de tipul materialului folosit.

1.5 POSTPROCESAREA MODELELOR FDM

Dupa fabricare pe masina FDM 1650 prin depunere de material topit ,piesa este lipita de suportuile care au avut doar rol tehnologic de sustinere a piesei care acum se inlatura manual. Cu ajutorul unui cutit se desprinde intai baza piesei de pe fundatia din burette ,apoi se inlatura suportii care au susutinut piesa.

Pentru imbunatatitrea calitatii suprafetelor se pot utilize si procedee mecanice de finisare .uneori pentu oa opferii o mai buna rugozitate a suprafetlor aceste sunt acoperite cu un strat subtire de vopsea .

Precizia dimensional a pieselor fabricate prin procedeul FDM este de circa 0,125 mm pe axele XYZ in cadrul unui volum de lucru de dimensiunea unui cub cu latura de 250 mm

1.6 POSIBILITATI TEHNOLOGICE DE UTILIZARE A MODELELOR FDM

Exista posibilitatea ca modelel FDM sa fie utilizate direct ca piese functionale nemetalice ,in productia de prototipuri ,unicate sau serie mica .

5

Aplicabilitatea lor cea mai larga este insa posibilitatea de a fi utilizate cu success in tehnologia de fabricare a sculelor si matritelor ,mai ales pentru productia de serie mica si mijlocie.

1.6.1Turnarea cu modele usor fuzibile

Primele masini STRATASYS fabricau doar piese din ceara ,care se utilizeaza ca modele pentru turnarea cu modele usor fuzibile .

Singura problema care aparea la turnarea pieselor complexe o constituie distorsiunile spatiale rezultate datorita contractiei la racirea piesei metalice .

Modelel FDM fabricate din alte materiale decat cerara(plastic P301 sau ABS )sunt mult mai greu de utilizat la turnarea cu materiale usor fuzibile deoarece ,dupa formarea crustei ,topirea modelului initial se realizeaza mai greu ,piesa trebuind a fi incalzita in cuptor (la circa 280 oC) .Cu toate acestea plasticul are o fluiditate destul de buna in urma curgerii ramanand o cavitate destul de curat in care se poate turna metal .Avantajul modelelor din ceara este acela ca pentru topirea si evacuarea modelului din cavitate este suficienta scufundarea crustei in apa fierbinte.

Modelele FDM sunt ideale pentru fabricarea formelor si matritelor de turnare .De exemplu cei care utilizeaza forme din cauciuc siliconic sau din rasini epoxidice pot folosii modelul FDM ca model master acesta servind ca o modalitate rapida si u soara de crearea prototipului .

Prototipul poate servi ca model pentru multe metode de turnare inclusiv turnarea in forme din cauciuc siliconic turnarea in nisip sau turnarea in matrite.

Folosirea modelelor RP la fabricarea matritelor de turnare castiga teren deoarece reduce drastic timpul si costurile pentru prelucrarea unui prototip din aluminiu sau zinc.

2. Fabricarea matritelor din cauciuc siliconic

Cauciucul siliconic este un material extrem de avantajos în aceste tehnologii. El poate fiturnat cu uşurinţă în jurul unui model master pentru a obţine o cavitate. Sunt utilizate două tipuride cauciuc siliconic pentru a fabrica matriţe, metodele de lucru fiind asemănătoare. Cele douătipuri de cauciuc siliconic disponibil pe piaţă sunt sub forma transparenta sau opaca. Cauciuculsiliconic sub formă transparentă este mai scump. Folosind materialul transparent, modelul master este suspendat într-o cutie, după care cauciucul siliconic este turnat astfel încât el să înconjoare în întregime modelul RP în cutia respectivă.

6

După ce cauciucul siliconic s-a solidificat se taie un plan de separaţie şi se extrage modelul master. Se asamblează cele două semimatriţe din cauciuc siliconic între care a rezultat cavitatea ce copiază forma modelului master RP. In această cavitate se poate turna sub vid materialul din care se doreşte fabricarea piesei respective. Exista o mare varietate de materiale, care se pot utilize pentru fabricarea rapidă a pieselor prin această metodă. În general această turnare se efectuează sub vid pentru a elimina pericolul apariţiei unor bule de aer în piese.

Aceste matriţe din cauciuc siliconic (CS) rezistă bine la turnarea a circa 20-40 piese dinmaterial plastic. Unele materiale plastice care se toarnă în aceste matriţe de cauciuc siliconicnecesită un timp mai lung de polimerizare în cuptor (la circa 65 grade Celsius). Această încălzireprelungită, din nefericire usucă mult suprafaţa exterioară a matriţelor din CS şi le face mai fragile, ceea ce duce apoi la uzura prematură a acestora, mai ales în zonele cu detalii fine.Atunci când se lucrează cu CS opac (care este mai ieftin), nu se recomandă realizareamatriţelor într-o singură etapă, aşa cum s-a prezentat mai sus, şi aceasta pentru că este dificil detăiat planul de separaţie datorită invizibilităţii modelului RP. În această situaţie se poate lucra în două etape, în fiecare din ele turnându-se câte o semimatriţă.

2.1. Prezentarea Masinii

Centrul de Fabricare Rapidă a Prototipurilor din cadrul Universităţii Tehnice dinCluj- Napoca, utilizează o maşină de turnare sub vid de tip MCP-001 PLC, care este

prezentată înfigura 2.1.

7

2.2 Fabricarea matritelor din cauciuc siliconic

Pentru fabricarea matritelor din cauciuc siliconic necesare, se parcurg urmatoarele etape de lucru :

1.      verificarea modelului master, care se fabrica rapid, folosind metoda FDM ;

2.      curatirea modelului master si aplicarea unor substante chimice care sa previna lipirea siliconului de suprafata modelului ;

3.      stabilirea planului de speratie a viitoarelor matrite din cauciuc siliconic si materializarea acestuia prin lipirea unor benzi adezive la nivelul acestui plan ;

4.      colorarea conturului planului de separatie, pentru a fi vizibil prin cauciucul siliconic semi-transparent, dupa turnarea acestuia in jurul piesei ;

5.      fabricarea unei cutii din lemn sau plastic, care sa incadreze modelul RP si in care sa se poata turna cauciucul siliconic in stare lichida ;

6.      suspendarea modelului in cutia de formare si asezarea unor sarme orizontale de sustinere si a unor sarme verticale care vor crea canalele de aerisire necesare pentru evacuarea aerului din cavitatea dintre viitoarele semi-matrite ;

7.      turnarea CS in cutia de formare. Anterior turnarii, CS este introdus intr-o incinta vidata pentru degazeififcare ;

8.      dupa turnarea in cuita de formare, CS este introdus din nou in incinta vidata, pentru eliminarea bulelor de aer acumulate la turnarea acestuia in jurul modelului master RP. In

8

continuare, cutia continand CS turnat, este introdusa in cuptorul de polimerizare, unde are loc solidificarea blocului de CS ;

9.      dupa polimerizarea totala, blocul de CS este scos din cutia de formare. Printr-o operatie manuala se taie cu bisturiul planul de speratie dintre cele doua semi-matrite. Pentru aceasta, se urmareste cu atentie traseul marcat in etapa 4, pe marginea benzii adezive aplicate pe ,odelul master RP, la nivelul planului de separatie ;

10. deschizand cele doua semi-matrite din CS, se inlatura modelul master utilizat. Astfel, rezulta cele doua semi-matrite, care aacum sunt pregatite pentru turnarea sub vid a pieselor dorite ;

2.3 Turarea sub vid in matrite din CS

Dupa fromarea matritelor din CS, urmeaza turnarea sub vid a pieselor care vor fi copii fidele ale modelului master utilizat. In functie de complexitatea si de finetea detaliilor, durabilitatea matritelor din CS variază între 30 şi 60 bucăţi.

Se vor intocmi 6 matrite avant in vedere ca trebuie sa fabricam 250 de piese.

Turnarea sub vid in aceste matrite se desfasoara parcurgand urmatoarele etape :

1.      legarea celor doua semi-matrite cu banda adeziva si montarea palniei de turnare ;

2.      masurarea precisa a cantitatilor necesare ale celor doi componenti A si B, din care se compune rasina care se utilizeaza la turnarea pieselor ;

3.      amplasarea corespunzatoare a celor doua cani A si B care se introduc in camera de vid a masinii ;

4.      odata programat, ciclul se desfasoara automat. Are loc amestecarea celor doi componenti si apoi turnarea automata ;

5.      prin palnia flexibila, amestecul format se toarna in matritele din CS, pana cand se observa ca rasina iese prin toate canalele de aerisire. Urmeaza introducerea pachetului de matrite in cuptorul de polimerizare, unde are loc solidificarea piesei turnate, prin polimerizare termala ;

6.      dupa scoaterea din cuptor, se deface banda care leaga cele doua semi-matrite si se extrage piesa turnata. Apoi, semi-matritele din CS se leaga din nou cu banda si se pregatesc pentru turnarea urmatoarei piese ;

7.      se taie tijele ramase datorita gaurilor de aerisire si palnieie de turnare ;

8.      se verifica precizia piesei obtinute prin turnare sub vid ;

9

2.4 Amestecuri pe baza de cauciuc siliconic

2.4.1. Caracteristici

Se caracterizeaza prin scara larga de temperaturi de utilizabilitate pentru produsele finite, datorata legaturilor Si-O din lanturile macromoleculare (rezistenta mare la temperatura a lantului polisiloxanic). Pe de alta parte legaturile Si-O sunt mai lungi decat legaturile C-O si datorita acestei cauze lanturile macromoleculare sunt mai mobile. Cu aceasta se explica buna rezistenta la temperaturi joase si ca variatia caracteristicilor fizico-mecanice in functie de temperatura este foarte mica.

2.4.2. Aplicatii

Avand in vedere pretul ridicat al polimerilor si al materialelor auxiliare, in special agenti de vulcanizare si stabilizatori de temperatura, pretul amestecurilor este mare. De aceea aplicabilitatea acestora se limiteaza la cazuri de utilizare speciala, cum ar fi industria de cabluri si izolatori electrici, aparatura ce lucreaza la temperaturi extreme, tehnica militara, aeronautica, industria electronica, industria alimentara si articole medicale

2.4.3.PrelucrareSe recomanda ca inainte de prelucrare amestecul sa fie calandrat,extrudat sau ebosat pentru dimensiuni apropiate produselor finite.Functie de tipul de vulcanizare dorit se realizeaza amestecuri cu vulcanizare in presa(transfer,injectie)sau vulcanizare autoclava sau tunel de vulcanizare continua.Vulcanizarea se realizeaza in doua faze,de exemplu la presare se face o vulcanizare la 165 grade C timp de cca 15 minute (timp dictat de dimensiunile produsului si a matritei de vulcanizat),urmata de o postvulcanizare la 200 grade ,in etuva ventilata ,timp de 4 ore.In cursul postvulcanizarii peroxizii in exces sau produsele lor de descompunere costand in gaze cu miros neplacut sunt indepartate.Sunt disponibile si sortimente la care postvulcanizare se poate elimina.

10

2.4.5 Indicatori fizico-mecanici

11

2.4.6 Imbatranire in ulei ASTM nr.1,70 ore la 150 grade C

12

2.4.7 Imbatranire in ulei IRM 903,70 ore la 150 grade

13

3. Realizarea modelelor usor fuzibile din ceara

14

Matrita folosita pentru confectionarea modelelor trebuie executata din materiale rezistente la uzura. Cele mai bune matrite se executa din otel.

Dupa curatarea matritei pe suprafata acesteia se aplica o solutie de detensionare care sa impiedice aderenta cerii pe suprafetele active ale acesteia. Se utilizeaza ulei siliconic cu temperatura ridicata de topire ce nu interactioneaza cu ceara topita si favorizeaza procesul de demulare

Cu ajutorul unei pensule se aplica un strat subtire de ulei siliconic pe suprafetele active ale matritei pentru detensionarea suprafetelor matritelor.

Dupa turnare in matrita si solidificare, pentru a se putea extrage modelele fuzibile din ceara sau amestec de stearina si parafina din matrita, se indeparteaza excesul de material ce ar putea conduce la aparitia tensiunilor mecanice mari in modelul din ceara care datorita caracteristicilor materialului s-ar putea deteriora.

Topirea cerii Inlaturarea excesului de ceara

Dupa turnare in matrita si solidificare, modelele fuzibile din ceara sau amestec de stearina si parafina se scot din matrita si de introduc intr-un bazin cu apa rece pentru a se intari si a asigura rezistenta mecanica necesara.

15

Extragerea modelului de ceara din matrita

Se indeparteaza excesul de material.

Defectele mai mici de pe suprafata modelului cum ar fi goluri provocate de umplerea incompleta se repara cu ceara de aceeasi compozitie in acest scop se folosesc ciocane de lipit electrice.

Pentru fabricarea modelelor de ceara vom utiliza masina VC 3000 D de la firma INDUTHERM cu urmatoarele caracteristici tehnice:

Avand o capacitate de 3400cm3 iar volumul piesei este de 120 cm3 vom face 25 de modele din ceara si se va repeta procedura de 10 ori pentru obtinerea a 250 bucati.

16

3.1 Procesele tehnologic de obtinere a matritelor din cauciuc siliconic a modelelor din ceara, a arborelui din ceara ,a formei ceramice si a piesei.

Pregatirea compozitiei pentru matrita din cauciuc siliconic

Scoaterea aerului din silicon lichid (degazeificarea )

Turnarea siliconului lichid peste modelul master obtinut

prin procesul FDM

Degazeificarea siliconului lichid turnat peste matrita

Taierea matritei din cauciuc siliconic

17

Turnarea cerii lichide in matrita din cauciuc siliconic

Modelul de ceara si realizarea arborelui de ceara

Pregatirea cutiei de turnare si asezarea acesteia in camera de turnare pentru turnarea ipsosului peste modelele din ceara.

18

Pregatirea si turnarea sub vid a ipsosului peste modelele din ceara:

Dupa turnarea ipsosului peste modele din ceara acel calup de ipsos este scos si uscat cu ajutorul unui ventilator apoi este introdus intr-o camera de ,,coacere” ,pentru topirea cerei (parafinare) si obtinerea modelelor ceramice.

Etapa urmatoare o reprezinta turnarea metalului in formele ceramice utilizand tehnologia neconventionala turnare sub vid .Etapele pregatirii instalatieiVD 3000D pentru turnarea metalului in forme.

-introducerea creuzetului in camera de topire izolata termic ;-introducerea materialului ce va fi topit (in cazul nostrum aluminiu )in creuzet si

acoperirea acestuia ;- programarea (setarea tuturor parametrilor : timp, temperatura etc. )si pornirea instalatiei;

Metalul este topit si amestecat pentru o mai buna omogenizare a acestuia .

19

Urmatoarea etapa este turnarea metalului in formele ceramice pt obtinerea formelor metalice utilizand tehnologia turnare sub vid .

Dupa turnarea metalului in forme acesta este scos si raci imersat intr-o cada cu apa pt racirea ,apoi este scos si introdus in instalatia de spalare a ipsosului cu apa sub presiune pentru curatarea modelelor metalice rezultand arboreal metalic .

Ultimele etape de elaborare a pieselor metalice sunt :

-taierea pieselor de pe ,,arbore”

-sablarea pieselor ;

20

Diagrama de uscare a formei ceramic

4. Metode alternative de realizare a modelului Master

Tehnologia LOM

Fabricarea de piese stratificate (LOM) este o metodă de fabricaţie în care un model 3D esteconstruit plecând de la o reprezentare CAD (model solid) prin adăugarea secvenţială a secţiunilor. Procedeul conţine trei faze importante: preprocesarea, construirea modelului şi respectiv post procesarea. Echipamentul este controlat în întregime de calculator. Aceasta include controlul sistemului laser, al mecanismului de avans al foliei de material, al temperaturii şi al mecanismului de avans al rolei încălzitoare şi al mecanismului de deplasare al platformei de lucru.

Tehnologia de fabricare rapidă a prototipurilor LOM (Laminated Object Manufacturing) a fost dezvoltată de către firma Helisys Inc. Prima maşină de fabricare rapidă a prototipurilor de tip LOM a apărut pe piaţă în 1991, iar în prezent (1999) există peste 300 de sisteme care au la bază acest procedeu.

Materialul cel mai utilizat în cadrul acestui procedeu este hârtia LOM, hârtie special cu un strat de adeziv pe o faţă. Piesele prelucrate din hârtie au caracteristici şi aspect fizic similar cu piesele confecţionate din lemn. Rolele de hârtie livrate de câtre Helisys Inc. sunt de două calităţi: “standard” şi “high-performance” şi de grosime 0,1067 mm. De asemenea, pentru

21

confecţionarea pieselor se mai folosesc şi alte tipuri de materiale: materiale plastice, materiale metalice, material compozite şi respectiv materiale ceramice.Tehnologia SLS

Acest procedeu de fabricare rapidă a prototipurilor (FRP) se bazează pe topirea şi lipirealiantului care înconjoară particulele de pulbere cu ajutorul unei raze laser care baleiază suprafaţa (în planul XOY) corespunzătoare secţiunilor modelului de fabricat. Modelul este realizat strat cu strat, platforma de lucru coborând pe axa Z după sinterizarea stratului curent cu o mărime corespunzătoare grosimii noului strat de pulbere (aproximativ 0,1 mm) care este depusă în zona de lucru.

Cu ajutorul sistemului Sinterstation 2000 pot fi fabricate modele din pulberi din diversemateriale (material plastic, care este o poliamidă sau polistiren, pulbere metalică, sau pulbereceramică pe bază de cuarţ).

Pentru unele modele este nevoie de un post-tratament în cuptoare după ce modelele aufost fabricate pe maşină, pentru altele nu este nevoie.Piesele realizate din pulberi metalice spre exemplu necesită un post-tratament în cuptoarede sinterizare care au o atmosferă controlată de azot. Post-tratamentul se realizează la temperaturi de circa 1000-1100 °C, durata post-tratamentului fiind în funcţie de masivitatea pieselor. Pentru piese masive post-tratamentul poate depăşi 12 ore.

Pentru piesele fabricate din mase pulbere de poliamidă nu este nevoie de un posttratament, modele fiind în stare funcţională imediat ce au fost fabricate pe maşina de sinterizat. în timpul sinterizării selective cu laser atmosfera camerei de lucru este inertă, conţinutul de oxigen nu depăşeşte 5,5 %.

Sinterizarea are loc la presiune atmosferică, la temperatura ambiantă.Se utilizează un laser de tip C O 2 , puterea maximă fiind 50 W.Gabaritul maxim al pieselor prelucrate este 250 x 250 x 400 mm.

5. Tehnologii conventionale de fabricare a piesei

5.1 Consideratii generale

Cavitatea formei, in care se toarna metalul sau aliajul topit pentru obtinerea piesei turnate,se realizeaza prin intermediul garniturii de model.

22

Deoarece proiectarea corecta a garniturii de model conditioneaza calitatea pieselor turnate se va tine cont de urmatoarele criterii generale:-determinarea corecta a suprafetei de separatie si de sectionare a modelului si a cutiei de miez;-alegerea justa a inclinatiilor suprafetelor si a racordarilor constructive;-aplicarea rationala a adaosurilor de prelucrare si tehnologice;-dimensionarea corecta a marcilor;-alegerea tipului de retea de turnare adecvat, in functie de tipul de metal sau aliaj turnat.Stabilirea procedeului tehnologic prin care se va turna piesa, se face in functie deurmatoarele: realizarea unei solidificari dirijate a piesei; eliminarea sectiunilor de

5.2 Turnarea

Turnarea sub presiune

Calitatea pieselor turnate sub presiune este superioara celor turnate in forme temporare sau in forme metalice prin turnare libera (gravitational). Formele folosite la turnarea sub presiune sunt metalice si ca atare asigura o mare viteza de racire deci se obtin piese cu structura fina si proprietati mecanice superioare; in plus presiunea ridicata din timpul turnarii asigura o mai mare compactare a aliajului si reduce posibilitatea de aparitie a suflurilor in piesele turnate.

In cazul turnarii la presiune atmosferica, se formeaza un numar mic de germeni de cristalizare, in schimb viteza liniara de crestere a acestor germeni este mare, ceea ce evident duce la obtinerea unor cristale mari. Marirea presiunii la turnare, peste cea atmosferica, determina marirea numarului de germeni de cristalizare si micsoreaza viteza liniara de crestere a acestora ceea ce duce la obtinerea unei structuri granulare fine.

Turnarea la presiuni inalte

Caracteristic pentru acest procedeu este viteza mare de curgere a aliajului lichid, subactiunea unei suprapresiuni realizate pneumatic sau mecanic, intr-o forma metalica denumitamatrita.Investitiile initiale sunt mari, ceea ce a limitat extinderea procedeului; se toarna frecvent piese din zinc si aluminiu, cele din magneziu si cupru impunand conditii speciale de elaborare si mai ales de turnare.Piesele turnate au mase mijlocii si mici (max. 150 kg), grosimi de pereti posibile foarte mici (sub 1 mm) si suprafete mari a peretilor. Schema

23

de principiu a unei instalatii de turnare la presiuni inalte este prezentata in figura 5.2.

Fig. 5.2 blocurile functionale principale ale unei instalatii de turnare sub presiune

1-forma de turnare;2-camera de compresie;3-dispozitivul care realizeaza forta de presare;4-cuptor si sistem de alimentare;5-pompa;6-rezervor cu lichid de lucru;7-acumulator de presiune;8-sistem de inchidere a semiformelor;9-acumulator de Vid;10-sistem de extragere a piesei turnate din matrita.

Instalatiile de turnare sub presiune se pot clasifica dupa criteriul constructiv astfel: 1.cu camera de compresie calda (pentru aliaje usor fuzibile):-cu piston- pentru aliaje de staniu, plumb,zinc, (20-70 daN/cm 2 );-pneumatice- pentru aliaje pe baza de aluminiu,(10-100 daN/cm 2 ); 2.cu camera de compresie rece, pentru aliaje cu temperatura de circa 950°C;-cu camera orizontala - 1000-1200 daN/cm 2-cu camera verticala - 900-2000 daN/cm 2 .

24

La instalatiile de turnare cu camera de compresie calda, cuptorul de incalzire se construieste impreuna cu sistemul de injectare. Consumul de energie este mare deoarece se incalzeste o cantitate mare de aliaj, de asemenea apar pierderi mari prin oxidari si arderiLa instalatiile cu baie inchisa, oxidarile sunt eliminate dar presiunile de injectare sunt mici iar capacitatea creuzetului de asemenea mica.

Datorita contactului prelungit dintre baia topita si camera de compresie, care micsoreaza durabilitatea acesteia, masinile cu camera de compresie calda se utilizeaza la turnarea aliajelor cutemperatura de turnare sub 450°C.Aliajele de aluminiu se toarna cu precadere in utilaje actionate cu aer comprimat, dar productivitatea este scazuta si consumul de aer comprimat sau gaz inert este mare.

Prin acest procedeu se toarna piese de dimensiuni precise, cu un inalt grad de netezime a suprafetelor, facand posibila utilizarea piesei direct la montaj, fara prelucrari mecanice ulterioare turnarii.In figura 5.3 este reprezentata schema umplerii matritei cu aliaj lichid la turnarea sub presiune. De aici se deduce ca umplerea matritei cu aliaj lichid are loc (datorita vitezei mari a jetului) de la partea opusa alimentarii spre orificiul de alimentare. Acest lucru este deosebit de important la alegerea

locului de

amplasare a canalelor de ventilare a formei.

25

Fig. 5.3

Pentru evitarea pierderilor de temperatura, deci de fluiditate, timpul de contact intre aliajul care curge si peretii formei metalice trebuie sa fie foarte scurt, aliajul lichid trebuie sa patrunda in cavitatea formei cu viteza foarte mare. De exemplu, la turnarea sub presiune a aliajelor de magneziu, durata de umplere t, se poate calcula cu relatia: ia: t = 0,003⋅ δ 3 , unde δ este grosimea peretilor piesei, in mm.

Durate atat de scurte de umplere se pot obtine numai daca aliajul este injectat cu viteza mare in cavitatea formei, adica numai sub presiune.

La turnarea in forme temporare, unde viteza aliajului in alimentator este de 1-2 m/s, presiunea la intrarea in alimentator este data de inaltimea aliajului in palnia de turnare.

La turnarea sub presiune, vitezele necesare sunt mult mai mari, 10-50 m/s.

La turnarea sub presiune, prin umplerea rapida a formei se asigura, pe langa o scadere neinsemnata a temperaturii aliajului, un curent uniform de aliaj, fara turbulente. In acest fel se evita incluziunile de aer si gaze iar aerul din cavitatea formei se deplaseaza uniform spre si prin rasuflatori. Aerul inclus in metal la curgerea turbulenta, duce inevitabil la aparitia suflurilor, eliminarea acestora fiind imposibila din cauza duratei scurte a solidificarii.

5.3 Prezentarea principalelor prelucrari prin aschiere

In constructia de masini, aparate electrice si echipamente electrice intra piese, organe de masini, construite din materiale metalice care necesita o prelucrare precisa implicand procedee tehnologice diverse. Prelucrarile prin aschiere cuprind strunjirea, gaurirea, filetarea, rabotarea, mortezarea, brosarea, rectificarea.

Prelucrarea prin aschiere presupune indepartarea de pe suprafata semifabricatului a adaosului de material sub forma de aschii. Desprinderea aschiei de pe semifabricat presupune o miscare relativa intre sculs si piesa. Miscarea necesara detasarii aschiilor se numeste miscarea principala iar miscarea care asigura eliberarea de aschii se numeste miscare de avans.Cei mai importanti parametrii care caracterizeaza o prelucrare prin aschiere sunt: adancimea de aschiere, avansul, viteza de aschiere, turatia.

Strunjirea este operatia de prelucrare prin aschiere a suprafetei exterioare sau interioare, a pieselor ce reprezinta corpuri de rotatie, cu ajutorul cutitelor pe masini-unelte din grupa strungurilor.

Piesa de prelucrat executa o miscare de rotatie, iar scula executa miscarea de avans. Strunjirea se poate realiza in una sau mai multe treceri, in decursul carora se realizeaza degrosarea, semifinisarea, finisarea.

Formele cutitelor de strung corespund operatiei pe care trebuie sa o realizeze, fixarea cutitelor se realizeaza cu ajutorul unor suporturi. Pentru prelucrare, piesa se prinde in diferite dispozitive: universal cu trei bacuri, varfuri, inima de antrenare.

Strungurile utilizate pot fi de diverse tipuri, pornind de la strungul normal pana la strunguri cu comanda cu program ( strunguri carusel, strunguri revolver, strungul frontal,

26

strunguri de copiat, strunguri automate si semiautomate). Caracteristicile principale care definesc marimea strungului si posibiltatile de utilizare ale acestuia sunt: ·  diametrul maxim de strunjire deasupra patului ;·  distanta maxima intre varfuri ;·  diametrul maxim de strunjire deasupra caruciorului.

Frezarea este procedeul de prelucrare prin aschiere, a suprafetelor plane, cilindrice sau profilate cu ajutorul unor scule cu mai multe taisuri numite freze, pe masini de frezat.

Miscarea principala este realizata de scula, iar miscarea de avans este executata de piesa. Frezele se clasifica in· freze cu coada· freze cu alezaj (STAS577/1-78)

Acestea la randul lor pot fi freze ·  cilindro-frontale ;·  unghiulare ; ·  cilindrice ; ·  conice ; ·  pentru filetat.

De asemenea frezele pot fi clasificate dupa natura dintilor (elicoidala, in zig-zag) dupa forma dintilor (triunghiular, rotund, trapezoidal), pasul danturii ( egal, inegal)

Gaurirea este operatia tehnologica de prelucrare prin aschiere si desemneaza toate metodele folosite pentru executarea de gauri cilindrice cu scule (burghie , cutite de strung etc.)

Filetarea este operatia tehnologica de executare a unui filet cu ajutorul unei scule de filetat filiera sau tarod .

Rectificarea este operatia tehnologioca de indepartare a aschiilor cu ajutorul unor graunti cu muchii neregulate dar ascutite care se deplaseaza pe suprafata de prelucrat cu viteza mare(10100)m/s

Prin rectificare se obtin precizii dimensionale ridicate (IT5IT7)si rugozitati Ra=(0,4-6,3)μm.

Polizarea este operatia tehnologica de prelucrare prin aschiere a pieselor metalice cu ajutorul unor pietre de polizor. Pietrele de polizor sunt corpuri abrazive rigide, fixate pe masini numite polizoare, care le imprima o miscare de rotatie.

Polizarea se aplica diferitelor piese si consta in curatirea de bavuri si impuritati a suprafetelor si muchiilor semifabricatelor, prelucrari de degrosare si ajustare a pieselor sudate, ascutirea pieselor taietoare.

6. Compararea tehnologiei clasice si tehnologiei neconventionale utilizate din anumite puncte de vedere (timp de fabricatie, economicitate si aplicabilitate). Avantaje si dezavantaje.

Se constata ca faptul ca tehnologiile de RP au avut si au o dezvoltare exponentiala datorita reducerii timpilor si costurilor de fabricatie a unui prototip si domeniilor in care aceste prototipuri isi gasesc aplicabilitatea. Modelele realizare prin aceste tehnologii pot fi utilizate in orice domeniu : de la aplicatiile industriale si arhitectura pana la chirugia plastica si repararatorie.

27

Cerintele industirale actuale impun uneori folosire unor materiale speciale sau metale dure, a caror prelucarare este dificila utilizand metodele clasice de prelucrare prin aschiere.

Desi initial tehnologiile neconventionale au fost concepute si experimentate pentru a rezolva probleme deosebite si uneori singulare din diferite sectoare economice, in prezent marea lor majoritate se utilizeaza cu succes in aproape toate ramurile industriale.6.1. Timpul de fabricatie

Timpul de fabricatie este, poate, cel mai important criteriu dupa care am putea face departajarea acestor doua tehnologii. Daca este sa privim itinerariile tehnolgice ale acestor doua tehnologii vom putea oberva cu usurinta faptul ca TC are un itinerar mult mai complex si format din numerosi pasi care asigura obtinera in final a matritei pentru turnarea produsului.

TN in schimb are mai putini pasi care conduc la obtinerea matritei pentru turnarea (6) pieselor alti pasi pasi ca re duc in final la obtinerea produsului finit in numar de 33.

In cazul TC timpul de fabricatie a matritei este foarte indelungat necesitand prelucrarea pe mai multe masini si deci transferul semifabricatului prin mai multe ateliere. Timpul necesar pentru obtinerea unei matrite prin TC este situat undeva intre 12 -24 de ore . De asemenea in cazul TC este necesar un control metrologic riguros dupa fiecare faza a procesului pentru a vedea daca s-au respectata intocmai tolerantele prescrise de producator.

In cazul TN matrita se fabrica in aproximativ 3 ore necesitand un minim de efort si nefiind necesar un control metrologic, deoarece matrita este copia fidela a modelului „parinte”.

Daca ar fi sa judecam timpul de fabricatie al celor 80 de piese ale seriei am putea spune ca aici cele doua tehnologii prevad un timp de fabricatie aproximativ egal, cu putin dezavantaj pentru TC deoarece va necesita un timp mai lung de racire decat in cazult TN.

6.2. Costuri

Din punctul de vedere al costurilor celor doua tehnologii, am putea spune ca TN are marele dezavantaj al costului ridicat, datorat materialelor necesare care se gasesc destul de greu pe piata, al faptului ca masinile speciale necesare proceslor de FDM si turnare sub vid sunt foarte rare si au cost ridicat de achizitionare. Ar mai trebui mentionat ca manipularea acestor masini si insusirea tehnologiilor de fabricatie necesita o instruire speciala pentru personalul de productie.

TC in schimb presupune costuri in momentul realizarii matritei, fiind necesare o serie de masini si scule aschietoare pentru materilaizarea ei. Si aici am putea invoca necesitatea unei instruiri pentru turnarea produsului.Controlul metrologic riguros este un alt factor care duce la cresterea costurilor TC.

Observam ca desi TN este poate mai scumpa decat TC, faptul ca are un timp scurt de fabricatie si nu implica atat de mult personal de productie o avantajeaza pe aceasta.

6.3 Calitate (precizie dimensionala si de forma, rugozitate)

Calitatea reprezinta, in actualul context, criteriul primordial in fabricatia oricarui produs. TN ofera proprietati calitative mult mai bune decat TC. Precizia geometrica a pieselor fabricate cu ajutorul TN este influentata de marimea media a granulelor pulberii metalice, de aproximativ 35-40µm. Grosimea unui strat depus pe platforma de lucru este de aproximativ 50 µm. Rugozitatea unei piese este de aproximativ 3-5 µm. Printr-o finisare manuala obisnuita

28

rugozitatea poate fi adusa la o valoare de aproximativ 1 µm. De asemanea faptul ca se toarna in modele care reproduc exact forma modelului „parinte” duce la obtinerea unei precizii extrem de ridicate si a unei forme geometrice corespunzatoare.

TC nu ofera precizii dimensionale la fel de bune ca si TN, in majoritatea cazurilor fiind neceesare prelucrari ulterioare de finisare si rectificare. De asemenea folosirea unor compusi necorespunzatori duce la obtinerea unor suprafete de o calitate extrem de scazuta.

Costul si aprovizonarea cu materiale, masini si tehnologie fac ca TN sa nu fie folosite la o scara atat de larga si fac ca aceste tehnologii sa nu fie rantabile decat in cazul productiei de serie mare pe o scara destul de larga.

7. Echipamente de Rapid Prototyping

Producator: Stratasys

1.Model material:

ABSplus in ivory

Support material:

SR-30 soluble

Build size:

203 x 152 x 152 mm (8 x 6 x 6 in.)

Layer thickness:

.254 mm (.010 in.)

Workstation compatibility:

Windows XP/Windows 7

Network connectivity:

Ethernet TCP/IP 10/100 base T

Size and Weight: uPrint SE with one material bay: 635 w x 660 d x 787 h mm (25 x 26 x 31 in.), 76 kg (168 lbs.) uPrint SE with two material bays: 635 w x 660 d x 940 h mm (25 x 26 x 37 in.), 94 kg (206 lbs.)

Power Requirements:

uPrint SE: 100–127 VAC 50/60 Hz, minimum 15A dedicated circuit or 220–240 VAC 50/60 Hz, minimum 7A dedicated circuit

Regulatory Compliance:

CE/ETL/RoHS/WEEE

2. Support material:

FullCure 705 non-toxic gel-like photopolymer support

Material cartridges: Six sealed 18 kg (39.6 lb) cartridges Two different model materials loaded

29

Hot-swappable replacement during print

Tray size:

1000 × 800 × 500 (39.3 × 31.4 × 19.6 in.)

Net build size:

Same as tray size; max model weight on tray: 200kg

Layer thickness:

Horizontal build layers as fine as 16 microns (0.0006 in.)

Build resolution:

X-axis: 600 dpi; Y-axis: 600 dpi; Z-axis: 1600 dpi

Printing modes: Digital Material (DM): 30-micron (0.001 in.) High Quality (HQ): 16-micron (0.0006 in.) High Speed (HS): 30-micron (0.001 in.)

Accuracy:

Up to 85 microns for features smaller than 50mm; Up to 600 microns for full model size (for rigid materials only, depending on

geometry, build parameters and model orientation)

Input Format:

STL, OBJDF and SLC File

Workstation compatibility:

Windows 7 64 bit

Network connectivity:

LAN – TCP/IP

Size and weight:

2800 × 1800 × 1800 mm (110.3 × 70.9 × 70.9 in.); 1950kg (4300 lbs)

Print heads:

8 units

Power Requirements:

240 VAC 50/60 Hz; 32 A single phase

Operational Environment:

Temperature 18 C-22 C (64.5 F-71.5 F); relative humidity 30-70%

3. Producator : Renishawvacuum casting machineDimension housing(H x W x D)

 2300 x 3000 x 1250 mm

Max. mould size - left chamber(H x W x D)

 650 x 900 x 1000 mm

Max. mould size - right  650 x 900 x 1000 mm

30

chamber(H x W x D)

Casting capacity  2 x 2.2 L 2 x 5.5 L (twin robot)

Power supply*  3 phase 400 V 3 NPE, 50 Hz, 7.5 kW

Pump capacity  2 x 100 m³/h

Ultimate vacuum  0.5 mbar

Gross machine weight(without dispensing unit)

 4000 kg

4.Producator :SchultheissRapid metal casting machine

Model RP 1.000-1 RP 1.000-2 RP 1.000-3

Control                             fully automatic (computer-controlled) fully automatic (computer-controlled) fully automatic (computer-controlled)

Software 20 programs, 24 parameters 20 programs, 24 parameters 20 programs, 24 parameters

Crucible volume 1000 cm³ 2000 cm³ 3000 cm³

Cast. quantity in Al 2,5 kg 5 kg 7,5 kg

Camber size d=400mm/ h=500mm d=400mm/ h=500mm d=400mm/ h=600mm

Power 15 kW 20 kW 25 kW

Casting temp. 1200 °C max 1200 °C max 1200 °C max

Casting pressure 2 bar 2 bar 2 bar

Vacuum 50 mbar 50 mbar 50 mbar

Software for casting log optional optional optional

31

BIBLIOGRAFIE

 

1.      Balc, Nicolae – Tehnologii neconventionale, Editura Dacia, Cluj-Napoca, 2001.

2.      Berce, Petru, s.a. – Fabricarea rapida a prototipurilor, Editura Tehnica, Bucuresti, 2000.

3.      Mihaila, Ioan – Tehnologii neconventionale, Editura Tehnica, Bucuresti, 1995.

4.      Gyenge,Cs. , Fratila D – Ingineria fabricatiei, Editura Dacia ,Cluj –Napoca ,2004.

5.      http://www.stratasys.com/3d-printers/idea-series/uprint-se-plus

6.      http://www.mdi-fdm.com/what_is_fdm.htmlm/html/sls.html

7.      http://www.cs.cmu.edu/~rapidproto/manufacturing/molds/silicone.html

8. http://www.schultheiss-gmbh.de/rp10000/articles/rp10000.html

9. http://www.scribd.com/doc/59135275/Proiect-TN-Cauciuc-Siliconic

32

Cuprins

Itinerar tehnologic………………………………………………….…………………pag.1

1. Fabricarea modelului Master prin depunere de material (FDM)............................pag.21.2. Procedeul de fabricare FDM……………………………………………………..pag.21.3.Procesul FDM…………………………………………………………………….pag.31.4.Materiale utilizate in cazul procedeului FDM…………………………………pag.41.5.Post procesarea modelelor FDM………………………………………………..pag.51.6.Posibilitati tehnologice de utilizare a FDM……………………………………pag.6

2. Fabricarea matritelor din cauciuc siliconic...................................................pag.62.1 Prezentarea masinii.....................................................................................pag.72.2 Fabricarea matritelor din cauciuc siliconic....................................................pag.82.3 Turnarea sub vid in matrite din CS..............................................................pag.82.4 Amestecuri pe baza de cauciuc siliconic.......................................................pag.9

3. Realizarea modelelor usor fuzibile din ceara................................................pag.123.1. Procesele tehnologic de obtinere a matritelor din cauciuc siliconic a modelelor din ceara, a arborelui din ceara ,a formei ..........................pag.14ceramice si a piesei.

4. Metode alternative de realizare a modelului Master…………………………….pag.18

5. Tehnologii conventionale de fabricare a piesei...............................................pag.195.1 Consideratii generale...................................................................................pag.195.2 Turnarea.....................................................................................................pag.205.3 Prezentarea principalelor prelucrari prin aschiere..........................................pag.22

6 Compararea tehnologiei clasice si tehnologiei neconventionale...................pag.23

7. Echipamente de RP.......................................................................................pag.25

Bibliografie......................................................................................................pag.28

33