Zarządzanie procesem produkcyjnym, zarządzanie produkcją
Narzedziownie.pl - portal dla firm produkujących formy wtryskowe, tłoczniki, wykrojniki i inne narzędzia

Drukuj | Prześlij link znajomemu | Wyszukaj w serwisie

Odlewanie precyzyjne.

Tworzenie form do bezpośredniego odlewania metali nieżelaznych przy użyciu technologii ZCast (patrz: „Szybkie i relatywnie tanie... wykonywanie odlewów” w: Design News nr 06(13)2006 ) nie jest jedynym sposobem zastosowania maszyn Z Corporation w przemyśle odlewniczym. Równie dobrze drukarki 3D można wykorzystać do tworzenia modeli potrzebnych do wyprodukowania prototypu metodą odlewania precyzyjnego. Technika ta pozwala na odlewanie przedmiotów także z żeliwa i staliwa, czego niestety nie można było wykonać przy pomocy ZCast-u.

Metoda odlewania precyzyjnego znajduje najczęściej zastosowanie w odlewaniu drobnych, skomplikowanych części maszyn i urządzeń. Polega na wytworzeniu modelu z materiału nadającego się do wytopienia (np. wosk) lub wypalenia i połączenia go z układem wlewowym, który także jest wykonany z materiału łatwo ulegającego wytopieniu lub wypaleniu. Następnie model jest pokrywany naprzemiennie warstwą masy ceramicznej i piasku kwarcowego lub innym materiałem ceramicznym (np. molochitem, który stabilizuje wymiary i posiada większą wytrzymałość). Po jego wytopieniu forma jest wypalana w celu nadania jej odpowiedniej wytrzymałości. W przypadku stosowania modelu wykonanego maszyną Z Corporation proces jego wypalania jest równoczesny z wypalaniem formy i nabieraniem przez nią wytrzymałości, która po tej operacji jest gotowa do zalania.

Stosowanie drukarek 3D zastępuje tradycyjne tworzenie modelu woskowego i pozwala na eliminację czasochłonnego etapu wykonywania oprzyrządowania potrzebnego do jego uzyskania. Model jest bowiem bezpośrednio wydrukowany przez maszynę Z Corporation, co zapewnia oszczędności czasowe rzędu nawet 3–4 tygodni przy produkcji prototypu. Wykorzystanie znajduje proszek zp14, którego głównym składnikiem jest celuloza. Z doświadczeń firmy Car Technology z Krakowa wynika, że po pokryciu wzorca masą ceramiczną model stworzony przy pomocy drukarki można wypalić w temperaturze ok. 900°C (najlepiej w otoczeniu bogatym w tlen). Po wykonaniu tej operacji w formie zostaje około 1% popiołu, który jest wydmuchiwany sprężonym powietrzem z jej wnętrza. Przy projektowaniu wzorca (modelu) należy wziąć pod uwagę, iż powinien mieć kształt odlewanego elementu, zaś jego wymiary winny uwzględniać: skurcz modelu, rozszerzenie formy podczas jej wypalania oraz skurcz stopu, z którego będzie wykonany odlew (sumaryczna wartość skurczu wynosi około 2%). Proces wypalania ma tę przewagę nad wytapianiem, że nie prowadzi do zbytniego rozszerzania formy i nie powoduje jej pękania. Czas wypalenia zależy od objętości modelu oraz cyrkulacji powietrza.

Maszyny Z-Corporation na szeroką skalę wykorzystuje firma Ford Motor Company. Gdy potrzebowała w okresie 4 tygodni, a więc praktycznie niemożliwym, stworzyć aluminiowe wsporniki, wtedy firma Z-Corporation dowiodła, że jej technologia pozwala podołać takiemu zadaniu. Wzorce z proszku zp14 zostały wykonane w zaledwie kilka godzin, a następnie wysłane do odlewni aluminium. Wszystkie części odznaczały się wysoką jakością powierzchni i brakiem deformacji. Model woskowy wspornika oraz odlany prototyp przedstawia rys.1.

Kolejną spośród udanych prac badawczo – rozwojowych firmy Z Corporation w budowaniu dla Ford Motor Company wzorców do odlewania metodą traconego materiału było stworzenie obudowy dyferencjału dla nowego modelu samochodu. Część ta swoimi gabarytami (260 x 240 x 290 [mm]) przekraczała znacznie rozmiary przestrzeni roboczej drukarki (w przypadku modelu Z402, który nie jest już produkowany). Model CAD obudowy podzielono na trzy części, a każda z nich była drukowana w osobnej maszynie, co w sumie zajęło 15 godzin. Następnie wszystkie fragmenty zostały zmontowane w całość. Na końcu ręcznie dodano odpowiednie promienie odlewnicze.

Skrócenie czasu dzięki zastosowaniu technologii wydruku 3D (zamiast użycia standardowej metody tworzenia modeli, oprzyrządowania oraz rdzennic do wykonania form i rdzeni) pozwoliło firmie Ford bez problemu wykonać zadanie w wymaganym terminie. Od tej pory firma kontynuuje współpracę z Z Corporation, dzięki czemu otrzymuje odlewane części najszybciej, jak to tylko jest możliwe. Wykonywanie modeli cząstkowych i ich precyzyjne łączenie rozszerza zakres zastosowania odlewania precyzyjnego nie tylko do odlewów małych, ale i do takich o większych wymiarach.

Zalety technologii Z Corporation potwierdzają również niezależne badania na temat użycia metod Rapid Prototyping w produkcji modeli do odlewania metodą odlewania precyzyjnego przeprowadzone przez Centrum Lotów Kosmicznych Marshall NASA (Raport APPLICATION OF RAPID PROTOTYPING TO INVESTMENT CASTING OF TEST HARDWARE, czerwiec 2000).

Przetestowano następujące technologie:
- DTM Corp. selective laser sintering (SLS)
- Stratasys fused deposition modeling (FDM)
- 3D Systems stereolithography (SLA)
- Helisys laminated object manufacturing (LOM)
- Sanders Model Maker II (MM2)
- Z-Corp three-dimensional printing (3DP).

Aby ocenić jakość wytworzonych modeli, przeprowadzono analizy wymiarowe prototypów. Zamieszczona poniżej tabela 1. przedstawia wyniki uzyskane przez wydruk w technologii Z Corporation. Według raportu: „Wydrukowany model 3D był czysty, porównywalny z tradycyjnym modelem woskowym. Jakość powierzchni oscylowała w granicach Ra5, ze śladowymi wtrąceniami na powierzchni oraz jamami skurczowymi. Było oczekiwane z powodu ekonomicznej przewagi procesu wydruku 3D, że odlewy będą w jakiś sposób gorszej jakości niż w przypadku droższych technologii, co tylko w części pokryło się z prawdą”.

TABELA.2. Sumaryczne koszty związane z budową odlewanego prototypu


Oprócz badania jakości odlewów oraz ich analizy wymiarowej oszacowano również sumaryczne koszty stworzenia prototypu (tabela 2) w porównaniu do kosztów wykonania go przy pomocy tradycyjnej formy piaskowej czy też metalowej. Dodatkowo obliczono czas potrzebny do powstania odlewu. W obydwu kategoriach (koszty i czas) najlepsze wyniki osiągnęła technologia wydruku 3D firmy Z Corporation (3DP-Z). Koszt wytworzenia prototypu tą metodą wyniósł 1116 $ (kolejna pod tym względem technologia – koszt 1616 $). Odlew był już gotowy w ciągu 5,3 godziny (najlepsze konkurencyjne rozwiązanie wymaga aż 11 godzin). W wyniku badań zastosowania technologii Rapid Prototyping w odlewaniu metodą traconego materiału stwierdzono, iż modele stworzone przy użyciu wydruku 3D pozwalają na szybkie i niedrogie otrzymanie odlewów.

Zarówno dobre efekty uzyskiwane w pracach badawczo-rozwojowych firmy Ford, jak i wyniki osiągnięte w niezależnych testach NASA potwierdziły, że technologia Z Corporation może znaleźć szerokie zastosowanie w odlewaniu precyzyjnym.

Autor jest konstruktorem/specjalistą ds. Rapid Prototyping w Car Technology
PIOTR CABAJ

Artykuł pochodzi z naszego partnerskiego portalu:
www.designnews.pl
http://www.car-t.com


Liczba wyświetleń tego artykułu: 32141

Artykuł pochodzi ze strony: www.Narzedziownie.pl
© 2005 - Galactica Sp.j.