Aditivni Postupci-RT Damir Godec

Zagreb, 28.11.2012..

Brza proizvodnja kalupa(e. Rapid Tooling – RT)Dr. sc. Damir Godec

Brza proizvodnja kalupa

2.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaSistematizacija RT postupaka - 1

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

• Posredni postupci brze proizvodnje kalupa- postupci RP se rabe za proizvodnju pramodela proizvoda, natemelju kojih se izrađuju elementi kalupnih šupljina


3.

Zagreb, 28.11.2012..



• Izravni postupci brze proizvodnje kalupa- postupci RP se rabe za izravnu proizvodnju elemenatakalupnih šupljina


4.

Zagreb, 28.11.2012..



• Proizvodnja “privremenih” kalupa (e. Soft Tooling) (npr. silikonski kalupi) – za izradu nekoliko otpresaka

• Proizvodnja “prijelaznih” kalupa (e. Bridge Tooling)(npr. SLS kalupni umetci) – za izradu nekoliko 1000otpresaka

• Proizvodnja “trajnih” kalupa (e. Hard Tooling)(npr. SLM kalupni umetci) – za izradu više od 100 000 otpresaka


5.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaMaterijali


• polimeri (npr. silikoni, epoksidi)• mješavine metala i polimera (npr. PA i Al)• metali i mješavine metala(npr. čelici, aluminij, Cu-legure)

• keramika


6.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaRTV silikonski kalupi


• posredni postupak proizvodnje privremenih kalupa• brzo i jeftino do manje serije gotovih proizvoda• nedostatak postupka je mogućnost izrade lijevanjemsamo manjeg broja otpresaka radi loših mehaničkihsvojstava materijala kalupa (desetak odljevaka)


7.

Zagreb, 28.11.2012..



Jednodijelni kalup – pozicioniranje pramodela(A. Gebhardt, 2003)


8.

Zagreb, 28.11.2012..



Umreživanje cca 6 sati pri sobnoj temperaturi (A. Gebhardt, 2003)


9.

Zagreb, 28.11.2012..



Vađenje kalupa i rezanje na dva dijela (A. Gebhardt, 2003)


10.

Zagreb, 28.11.2012..



Primjer - kalup za izradu dijela Adidas kopačke


11.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa srašćivanjem


• izravni postupci izrade prijelaznih/trajnih kalupa• dvije vrste postupaka:- postupak u jednom koraku (prijelazni kalupi)(e. Direct Metal Laser Sintering – DMLS)

- postupak u dva koraka (trajni kalupi)(e. Indirect Metal Laser Sintering – IMLS)

• moguća izravna izrada vrlo zahtjevnih oblikaelemenata kalupnih šupljina

• prema mnogim analizama trenutačno najprihvatljivijipostupci brze proizvodnje kalupa (točnost i hrapavost)


12.

Zagreb, 28.11.2012..



Postupak selektivnog laserskog srašćivanja (SLS) (M.P. Groover, 2002)


13.

Zagreb, 28.11.2012..



Postupak selektivnog laserskog srašćivanja (SLS)


14.

Zagreb, 28.11.2012..



IMLS i DMLS postupci (D. Godec, 2005)


15.

Zagreb, 28.11.2012..



Primjer kalupnih umetaka (IMLS) (3D Systems)


16.

Zagreb, 28.11.2012..



Primjer DMLS kalupnog umetka (hibridni kalup)(CRIF-SIRRIS)


17.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa laserskim taljenjem


• izravni postupci izrade prijelaznih/trajnih kalupa(e. Selective Laser Melting – SLM)

• pri SLM postupcima dolazi do potpunog taljenjapraškastih komponenata materijala (visoka gustoća)

• rezultat - gotovi kalupni umetci u jednom koraku• nema naknadne toplinske obrade niti prodiranja• nedostatak se očituje u lošijoj dimenzijskojtočnosti i lošijoj kvaliteti površine u usporedbi sa SLS postupcima


18.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa laserskim taljenjem


Primjer kalupnog umetka (SLM) (Trumpf)


19.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa 3D tiskanjem


• izravni postupci izrade prijelaznih/trajnih kalupa(e. 3D Printing – 3DP) – ProMetal postupak

• temelji se na načelima inkjet tiskanja• potrebna naknadna toplinska obrada

• nedostatak se očituje u lošijoj kvaliteti površinenačinjene tvorevine i lošijoj dimenzijskoj točnosti

• velika brzina izrade


20.

Zagreb, 28.11.2012..



Postupak ProMetal (Exone)


21.

Zagreb, 28.11.2012..



Primjer ProMetal kalupnih umetaka (CRIF-SIRRIS)


22.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa taloženjem


• izravni postupci izrade trajnih kalupa taloženjem spomoću laserske zrake (e. Laser Deposition)

• temelje se na načelima laserskog “navarivanja”• nije potrebna naknadna toplinska obrada

• nedostatak se očituje u lošijoj kvaliteti površinenačinjene tvorevine i lošijoj dimenzijskoj točnosti

• zahtijevaju kombinaciju s klasičnom CNC obradom


23.

Zagreb, 28.11.2012..



Postupak Direct Metal Deposition – DMD (Trumpf)


24.

Zagreb, 28.11.2012..



Postupak Direct Metal Deposition – DMD (POM)


25.

Zagreb, 28.11.2012..



Primjer kalupnog umetka (DMD) (Trumpf)


26.

Zagreb, 28.11.2012..



Postupak Laser Engineered Net Shaping – LENS(Optomec)


27.

Zagreb, 28.11.2012..



Primjer izrade kalupnog umetka (LENS) (Optomec)


28.

Zagreb, 28.11.2012..



• postupak Controlled MetalBuildup - CMB

• kombinacija taloženja iCNC obrade (korekcija z-osi)


29.

Zagreb, 28.11.2012..



Primjer CMB kalupnog umetka (CRIF-SIRRIS)

prije CNC obrade nakon CNC obrade


30.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa laminiranjem


• izravni postupak izrade trajnih kalupa izradomslojeva (različitim postupcima rezanja)i njihovim povezivanjem u govotu tvorevinu (e. Laminated Object Manufacturing – LOM)

• pogodni za izradu i većih kalupnih umetaka• vrlo zahtjevna faza povezivanja slojeva (vrućeizostatstko prešanje, adhezivi, lemljenje, rastavljivispojevi itd.)

• lošija površinska svojstva - slojevi


31.

Zagreb, 28.11.2012..



Primjer kalupnog umetka (LOM) (T. Himmer i ostali, 2003)


32.

Zagreb, 28.11.2012..



Primjer kalupnog umetka (LOM) (T. Himmer i ostali, 2003)


33.

Zagreb, 28.11.2012..

Prednosti primjene postupaka brze proizvodnje kalupa

4. Prednosti primjene postupaka brze proizvodnje kalupa

• kratak rok pravljenja ključnih elemenata kalupa ili čitavih kalupa (unutar jednog do nekoliko dana)

• moguća izrada vrlo kompliciranih geometrijskih oblika• omogućen smanjeni broj kalupnih umetaka• moguće optimalno temperiranje kalupa (kraći ciklusi,optimalna kvaliteta otpresaka) – e. Conformal Cooling

• moguća primjena za popravke oštećenih kalupa


34.

Zagreb, 28.11.2012..



Kratko vrijeme izrade

matrica žig

Izrada unutar 4 dana (CRIF - SIRRIS)


35.

Zagreb, 28.11.2012..



Kompliciranost geometrije

(CRIF - SIRRIS)


36.

Zagreb, 28.11.2012..



Optimalno temperiranje

• postizanje optimalnih svojstava otpresaka

• smanjeno nejednoliko stezanje uslijed nejednolikoghlađenja otpreska – smanjeno vitoperenje

• optimirana izmjena topline (radi konfiguracije i oblikapresjeka kanala za temperiranje)

• moguće skraćenje vremena hlađenja otpreska (kraćiciklusi injekcijskog prešanja – viša proizvodnost)


37.

Zagreb, 28.11.2012..



Optimalno temperiranje – oblik kanala

Šestokraka zvijezda - +30 % površine po opsegu


38.

Zagreb, 28.11.2012..



Temperiranje – konfiguracija kanala

Klasična konfiguracija kanala za temperiranje


39.

Zagreb, 28.11.2012..




Optimalna konfiguracija kanala za temperiranje


40.

Zagreb, 28.11.2012..




Primjeri optimiranog temperiranja kalupa (Trumpf)

CAD model kalupni umetak


41.

Zagreb, 28.11.2012..

ZaključakPostupci RT

5. Zaključak

• odgovor na sve oštrije zahtjeve tržišta (vrijeme)• moguće pravljenje privremenih, prijelaznih i trajnih kalupa• pristup: izravan i posredan• izravni postupci temeljeni na srašćivanju, taljenju, taloženju, 3D tiskanju i laminiranju

• kao najprihvatljiviji postupak ocijenjen - DMLS

• posredni postupci temeljeni na pravljenju pramodela,i lijevanju ili naštrcavanju


42.

Zagreb, 28.11.2012..

ZaključakPostupci RT “+”

5. Zaključak

• omogućuju brzu proizvodnju vrlo komplicirane geometrije (gotovo nema ograničenja)

• moguće optimalno temperiranje kalupa (kraći ciklusi,optimalna kvaliteta otpresaka) – e. Conformal Cooling

• mogući popravci (reparature) kalupa – lasersko taloženje


43.

Zagreb, 28.11.2012..

ZaključakPostupci RT “-”

5. Zaključak

• još uvijek vrlo skupa oprema, materijali i usluge

• ograničena trajnost dijela kalupnih umetaka• ograničen broj raspoloživih materijala (trajno u porastu)

• lošija površinska svojstva (hrapavost površine)• u slučaju oštrijih tolerancija izmjera, većina postupakane zadovoljava (potrebna naknadna obrada)

Documents

Aditivni Postupci-RT Damir Godec