ZASTOSOWANIE DRUKU 3D

Transkrypt

1 ZASTOSOWANIE DRUKU 3D w odlewnictwie autoryzowany przedstawiciel 3D Lab s.c Warszawa // ul. Ostra 13C T/F: (+48 22) // M:

2 Formy odlewnicze z piasku kwarcowego Budowa form do bezpośredniego odlewania metali nieżelaznych przy wykorzystaniu technologii ZCorp (ZCast) to jedna z możliwości wykorzystywanych w przemyśle odlewniczym. Drukarki 3D ZCorp można wykorzystać też do tworzenia modeli potrzebnych do wyprodukowania prototypu metodą odlewania precyzyjnego. Technika ta pozwala na odlewanie także przedmiotów z żeliwa i stali. Zlecenie wykonania formy tradycyjną techniką wiąże się z długim okresem realizacji i znacznym kosztem wytworzenia. Dzięki technice ZCorp (ZCast)możliwe jest wykonanie piaskowych form odlewni-czych w bardzo krótkim czasie oraz znacznie bardziej ekonomicznie niż w przypadku innych technologii. Zbudowane formy są dokładnym odwzorowaniem poprzednio wygenerowanych modeli 3D (CAD). Metal jest zalewany bezpośrednio do wydrukowanej formy, której budulcem jest piasek kwarcowy. Metoda ta jest dedykowana do budowy jednorazowych form odlewniczych do metali nieżelaznych. Przy pomocy drukarki otrzymujemy gotowy komplet: forma plus rdzeń. Odlewanie precyzyjne Metoda odlewania precyzyjnego znajduje najczęściej zatosowanie 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. W kolejnym etapie 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 ZCorp proces jego wypalania jest równoczesny z wypalaniem formy i nabieraniem przez nią wytrzymałości, która po tej operacji jest gotowa do zalania. Drukarki 3D marki ZCorporation umożliwiają znaczną oszczędność czasu i kosztów na etapie budowy form. Model jest drukowany bezpośrednio, co zapewnia oszczędności czasowe rzędu nawet 3 4 tygodni przy produkcji prototypu. Do budowy modelu wykorzystuje się proszek zp14, którego głównym składnikiem jest celuloza. Testy wykazały, 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.

3 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. Dobrym przykładem zastosowania drukarek ZCorporation w odlewnictwie jest doświadczenie firmy 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. Innym razem zaistniała potrzeba zbudowania formy metodą traconego wosku dla obudowy dyferencjału dla nowego modelu samochodu. Część ta swoimi gabarytami znacznie przekraczała rozmiary przestrzeni roboczej drukarki. Model CAD obudowy podzielono na trzy części, a każda z nich była drukowana osobno. 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 do wykonania form i rdzeni) pozwoliło firmie Ford bez problemu wykonać zadanie w wymaganym terminie. Od tej pory firma kontynuuje współpracę z Z Corp. 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 PROTOTYING 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. Według raportu: Wydrukowany model 3D był czysty, porównywalny z tradycyjnym modelem woskowym. Jakość powierzchni oscylowała w granicach Ra5, ze śladowymi wyrąceniami na powierzchni oraz jamami skurczowymi. Oczekiwano, że z powodu ekonomicznej

4 przewagi procesu wydruku 3D, że odlewy będą w jakiś sposób gorszej jakości niż w przypadku droższych technologii, co tylko w części pokryło się zprawdą. Oprócz badania jakości odlewów oraz ich analizy wymiarowej oszacowano również sumaryczne koszty stworzenia prototypu (poniższa tabela) 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 Zcast). Koszt wytworzenia prototypu tą metodą wyniósł 1116 $ (kolejna pod tym względem technologia koszt 1616 $). Odlew był już gotowy w ciągu 5,3 godziny (najlepsze konkurencyjne rozwiązanie wymaga aż 11 godzin). W wyniku badań zastosowania technologii Rapid Prototyping w odlewaniu metodą traconego materiału stwierdzono, iż modele stworzone przy użyciu wydruku 3D pozwalają na szybkie i niedrogie otrzymanie odlewów. Sumaryczne koszty budowy odlewanego prototypu wg. Metod: SLS Polycarb 1 666$ SLS Trueform 1 616$ FDM Wax 1 765$ FDM ABS 1 840$ LOM $ Z-Corp 1 116$ Forma piaskowa $ Forma metalowa $ Doświadczenia w zakresie budowy form przez firmy jak Ford czy badania NASA potwierdzają przewagę technologii ZCorporation na tle innych, konkurencyjnych technik. źródło:

5 Dziękujemy za uwagę! 3D Lab s.c Warszawa ul. Ostra 13C M: