Proizvodne tehnologije2

5/23/2018 Proizvodne tehnologije2

1/162

Proizvodne tehnologije II

Miran Brezonik


2/162

Pregled Naprednih Izdelovalnih Tehnologij (NIT)

Vzroki za uporabo NIT

Opis posamezne NIT

Monosti uporabe NIT

Ekonomski vidiki NIT

Napredne izdelovalne tehnologijeUvod

Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojnitvo, Laboratorij za inteligentne obdelovalne sisteme


3/162

Sodobni proizvodni trendi

Veanje tevila razliic izdelkov.

Poveevanje zapletenosti izdelkov.

Skrajevanje cikla izdelka (hitro zastarevanje)

Skrajevanje dobavnih rokov izdelkov.


4/162

Iskanje novih idej, konceptov, tehnologij

Primer 1:

elektronka, tranzistor, integrirano vezje.

zrelost ideje,

koncepta,

tehnologije

as

Primer 2: konvencionalnaobdelava,

hitra izdelavaprototipov.

toke premene


5/162

Pojasnitev pojmov

Napredni izdelovalni postopki, ang. advanced

manufacturing technologies, advanced manufacturing processes,advanced machining processes

Netradicionalni izdelovalni postopki, ang.nontraditional machining

Nekonvencionalni izdelovalni postopki, ang.nonconventional machining

SSKJ: Tehnologija je veda o pridobivanju surovin, obdelavi in

predelavi materiala v izdelke. Tehnologija obravnava snovi,

postopke in delovna sredstva.


6/162

Kdaj uporabiti napredne izdelovalne

postopke?

V primerih, ko uporaba klasinih tehnologij ni zadovoljiva,ekonomina ali mogoa zaradi naslednjih razlogov:

Trdota in ilavost materiala sta zelo visoki (npr. trdota nad 400 HB)

Material je preve krhek

Obdelovanec je preve upogljiv

Oblika izdelka je zelo zapletena

Zahtevano kakovost povrine in dimenzijskih toleranc s klasinimipostopki ni mogoe zagotoviti

Dvig temperature pri obdelavi ni zaelen


7/162

Hitra izdelava: selektivno strjevanje, selektivno sintranje, selektivno nalaganje in

nalaganje krojenih plasti, posredni in neposredni postopki izdelave orodij zaposamino in maloserijsko proizvodnjo itd.

Kemini postopki: kemino jedkanje, kemino izrezovanje, fotokeminoizrezovanje itd.

Elektrokemini postopki: elektrokemina obdelava, elektrokemino bruenje itd.

Termini postopki: elektroerozijska obdelava, obdelava z laserskim arkom,obdelava z elektronskim arkom, rezanje s plazemskim oblokom itd.

Mehanski postopki: visokohitrostna obdelava z odvzemanjem materiala, obdelava

z vodnim curkom, ultrazvona obdelava, obdelava z abrazivnim plinskim tokom itd.

Vzvratno inenirstvo, avtomatizirana montaa, mikroizdelava, mikromontaa

Pregled naprednih izdelovalnih

postopkov


8/162

Pregled naprednih izdelovalnih

postopkov Hitra izdelava, (ang. Rapid manufacturing)

Kemina obdelava, (ang. Chemical machining)

Elektrokemina obdelava, (ang. Electrochemical machining)

Elektrokemino bruenje, (ang. Electrochemical grinding)

Elektroerozijska obdelava, (ang. Electrical-discharge machining, EDM)

ina elektroerozijska obdelava, (ang. Wire EDM)

Ultrazvona obdelava, (ang. Ultrasonic machining)

Obdelava z laserskim arkom, (ang. Laser-beam machining)

Obdelava z elektronskim arkom, (ang. Electron-beam machining)

Rezanje s plazemskim oblokom, (ang. Plasma-arc cutting)

Obdelava (rezanje) z vodnim curkom, (ang. Water-jet machining)

Obdelava (rezanje) z abrazivnim vodnim curkom, (ang. Abrasive water-jet

machining)

Obdelava (rezanje) z abrazivnim plinskim tokom, (ang. Abrasive-jet machining)

Visokohitrostna obdelava, (ang. High Speed Cutting, HSC)

Mikroizdelava in mikromontaa), (ang. Microfabrication, Micromachining,Microassembly)


9/162

Primeri izdelkov narejenih z NIT

Elektrokemina obdelavahttp://www.emachineshop.com/

Elektroerozijska obdelava

Rezanje z laserskim arkom

loveki las

Mikroizdelava


10/162


http://www.csa.com/discoveryguides/rapidman/overview.php

Hitra izdelava

Hitra izdelava


11/162


Uporaba hitre izdelave v medicini


12/162

Fakulteta za strojnitvoUniverza v Mariboru

1

www.rapiman.net

Igor Drstvenek, Slojevite, dodajalne tehnologije

Hitra izdelava prototipov, orodij inizdelkov

Igor Drstvenek,

Univerza v Mariboru

Fakulteta za strojnitvo

Vsebina:

Hiter razvoj izdelkov

Slojevite tehnologije

Hitra izdelava orodij

Primeri uporabe

Slojevite, dodajalne tehnologije


13/162


2

www.rapiman.net


Zakaj hitra izdelava?

Osnovni pojmi


14/162


3

www.rapiman.net


Hiter razvoj izdelkovSnovanje novega

izdelka

Detajliranje

Predlogi novih

gradiv in postopkov

Predlogi novih strukturKonstruiranje za

sestavo (DFA)

Izbira gradiv in

postopkov ter ocena

strokov

Konstruiranje za

izdelavo (DFM)

Hitra izdelava

prototipov in orodij

Preverjanje

sestavnih

delov

Veliko serijska

proizvodnjaNE DA


15/162


4

www.rapiman.net

Igor Drstvenek, Slojevite, dodajalne tehnologijeIgor Drstvenek, Slojevite, dodajalne tehnologije

Kaj je Hitra izdelava prototipov(Rapid Prototyping)?

Izdelava fizinega, trirazsenega predmeta poljubneoblike, neposredno iz numerinega opisa, ponavadiCAD modela, po hitrem, samodejnem in popolnoma

prilagodljivem izdelovalnem postopku.

(Rapid Prototyping Report, oktober, 1992)


16/162


5

www.rapiman.net


Kaj je Hitra izdelava prototipov(Rapid Prototyping)?

Izdelava zamisli, uresniene v obliki CAD datoteke,neposredno na podlagi te iste datoteke, brez

posrednikov.

Tehnologija s katero pridemo do izdelka s klikom na ustrezno

ikono

Tehnologije v uporabi temeljijo na principu slojevite gradnje


17/162


6

www.rapiman.net


Kaj je Hitra izdelava orodij (HIO)?

Hitra izdelava orodij (Rapid Tooling) je

postopek, pri katerem model, izdelan po

postopkih slojevitih tehnologij, uporabimo

kot vzorec (pozitiv) za izdelavo kalupa -

orodja (negativ) ali pa s slojevitimi

tehnologijami izdelamo kalup (negativ) zaomejeno tevilo izdelkov.


18/162


7

www.rapiman.net


Kaj je hitra izdelava?

Hitra izdelava (Rapid Manufacturing) je

postopek izdelave konnih izdelkov znapravami za hitro izdelavo prototipov.

Hitra izdelava je postopek pri katerem doizdelka pridemo s im manj posredovanja.


19/162


8

www.rapiman.net


Hitra izdelava

Prototip ali konni izdelek? Gradiva,

Postopki,

Natannost in ponovljivost,

Individualna proizvodnja Medicinski pripomoki Kirurki vstavki in nadomestki Maloserijski in individualni tehnini izdelki


20/162


9

www.rapiman.net


Prihodnost

FGM

Nadomestni deli

Kupovanje z interneta vrednostna veriga

Nova industrijska revolucija revolucija?

Replikator


21/162


10

www.rapiman.net


Slojevite tehnologije

Princip

Prednosti

Slabosti


22/162


11

www.rapiman.net


Princip slojevite izdelave

CAD model

Sloj debeline lista papirja

Tiskalnik

Razrez in lepljenje


23/162


12

www.rapiman.net


Postopki slojevite gradnje

Selektivno strjevanje

Selektivno sintranje

Ciljno nalaganje

Kapljino

Neprekinjeno

Kapljino-prano

Nalaganje krojenih plasti


24/162


13

www.rapiman.net


Selektivno strjevanje in sintranje


25/162


14

www.rapiman.net


Ciljno nalaganje

Kapljino - prano Neprekinjeno


26/162


15

www.rapiman.net




27/162


16

www.rapiman.net


Prednosti dodajalnih tehnologij

Oblika izdelka ne vpliva na tehnologijo

Neposredna izdelava iz CAD datotek Brez posredovanja tretje osebe

Ni ustvene navezanosti na izdelek

Velikost serije ne vpliva na ceno Izdelava po meri in zahtevah naronika Manj montanih opravil


28/162


17

www.rapiman.net


Slabosti dodajalnih tehnologij

Trenutno e visoka cena naprav

Omejen nabor gradiv

Hitrost izdelave


29/162


18

www.rapiman.net


Zakaj dodajalne tehnologije?

Neposredna izdelava na podlagi digitalnih podatkov.

Preprosto ponavljanje. Del konstrukcije lahko

spremenimo in objekt ponovno izdelamo ne, da bi

obnovili oblikovanje celotnega objekta.

Natannost in ponovljivost dimenzij med 0,025 in 0,250mm.

Pri dodajalnih postopkih obstaja monost izdelavepoljubno geometrijsko zapletenih modelov.


30/162


19

www.rapiman.net


Kdaj dodajalne tehnologije?

Majhno tevilo enakih izdelkov

Podatki o obliki izdelka morajo biti na voljo v

raunalniki obliki

elena oblika izdelka je zapletena Monost kasnejega spreminjanja oblike je

pomembna


31/162


20

www.rapiman.net


Razpololjivi postopki

Selektvino strjevanje

3D Systems (SLA 3500)

Envisiontec (Prodigy, Prodigy Xede)

NextFactory

Araldite Digitalis


32/162


21

www.rapiman.net


SLA 3500 (3D Systems)


33/162


22

www.rapiman.net


Prodigy (Envisiontec)


34/162


23

www.rapiman.net


Envisiontec II
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_5/Envisiontec_Proces.AVI


35/162


24

www.rapiman.net


Envisiontec III


36/162


25

www.rapiman.net


Envisiontec III


37/162


26

www.rapiman.net


Araldite Digitalis (Huntsman)

Delovni prostor:

650 x 370 x 600 mm

Loljivost: x: 10, 50 ali 125 m

y: 10 m

z: 50, 100, 150 m


38/162


27

www.rapiman.net


Mammoth (Materialise)


39/162


28

www.rapiman.net



Selektvino sintranje in taljenje

Sinterstation 3500 (DTM)

EOSINT P, M, S (EOS)

Realizer (MTT)

LaserCusing (ConceptLaser) EBM (ARCAM)


40/162


29

www.rapiman.net


Sinterstation 2000 (DTM)


41/162


30

www.rapiman.net


EOSINT P800 (EOS)


42/162


31

www.rapiman.net


EOSINT P800 (EOS)


43/162


32

www.rapiman.net


Formiga P100 (EOS)


44/162


33

www.rapiman.net


EOSINT M270 (EOS)
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_5/SLM-proces.AVI


45/162


34

www.rapiman.net


Realizer 250 (MTT)


46/162


35

www.rapiman.net


M1 (Concept Laser)


47/162


36

www.rapiman.net


EBM (ARCAM)


48/162


37

www.rapiman.net



Ciljno nalaganje

Z printer (Z Corp.)

VX 500, 800 (VoxelJet)

Sprint (Prometal)

Polyjet (Objet Geometries) FDM (Stratasys)


49/162


38

www.rapiman.net


Z printer (Z corp)
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_5/Zprint_proces.AVI


50/162


39

www.rapiman.net


VX 500 (VoxelJet)


51/162


40

www.rapiman.net


Sprint (prometal)


52/162


41

www.rapiman.net


Polyjet (Matrix) (Objet)


53/162


42

www.rapiman.net


FDM (Stratasys)


54/162


43

www.rapiman.net


FDM (Stratasys)


55/162


44

www.rapiman.net




Solido

Helysys

Kyra


56/162


45

www.rapiman.net


LOM 1050 (Helysys)


57/162


46

www.rapiman.net


SD300 (Solido / 3D Systems)


58/162


47

www.rapiman.net


Hitra izdelava orodij Rapid Tooling

Izdelava orodij na osnovi pramodela

Pramodel je obiajno RP izdelek

Ve pristopov Neposredna izdelava orodij z RP/M postopki

Posredna izdelava orodij s pomojo pramodela


59/162


48

www.rapiman.net


Potreba po HIO

HIP sistemi so prepoasni in omejeni z izbiro gradiv,da bi lahko zadovoljili industrijske potrebe orodjarskitiprazmiljanja,

Konvencionalni postopki litja in brizganja so e vednoedini sposobni zadovoljiti industrijske potrebe definicija potreb,

Uporaba HIP pa lahko te postopke pohitri, poceni in

izbolja n adomest i??


60/162


49

www.rapiman.net


Lastnosti HIO (+) as izdelave orodja je bistveno kraji kot priklasini izdelavi. as do prvega izdelka

znaa v povpreju manj kot 20% asakonvencionalne izdelave orodij.

Stroki hitre izdelave orodij so bistveno nijikot pri konvencionalni izdelavi. Znaajolahko manj kot 5% strokov konvencionalneizdelave.


61/162


50

www.rapiman.net


Lastnosti HIO (-)

ivljenjska doba tako izdelanih orodij je precejkraja od ivljenjske dobe konvencionalnoizdelanih orodij

Toleranna obmoja so ira kot prikonvencionalnih orodjih.


62/162


51

www.rapiman.net


Posredna hitra izdelava orodij

Silikonska orodja

Epoksidna orodja

Litje z iztaljenim jedrom (IC)


63/162


52

www.rapiman.net


Silikonska orodja


64/162


53

www.rapiman.net


Izdelava silikonskega orodja


65/162


54

www.rapiman.net


Izdelava silikonskega orodja (nad.)


66/162


55

www.rapiman.net


Epoksidna orodja


67/162


56

www.rapiman.net


Litje z iztaljenim jedromIC Investment Casting


68/162


57

www.rapiman.net


Litje z iztaljenim jedrom (IC)


69/162


58

www.rapiman.net


Neposredni postopki

SLM, EBM

Direct AIM

LENS


70/162


59

www.rapiman.net


SLM, EBM


71/162


60

www.rapiman.net


LENS


72/162

Osnove HIP

Postopki HIP

Prednosti in slabosti HIP

Monosti uporabe HIP

Hitra izdelava prototipov in

izdelkov (HIP)

Miran Brezonik


73/162

Kaj je prototip?

Prototip je natanni fizini model bodoegaizdelka.

Prototip je namenjen konnemu testiranju invrednotenju bodoega izdelka.

Izdelava prototipa je zadnja stopnja predproizvodnim procesom.


74/162

Kaj je hitra izdelava prototipov (HIP)?(ang. Rapid Prototyping, RP)

Izdelava fizinih 3D-modelov izdelkov alisklopov po principu dodajanja materiala plast

za plastjo s pomojo 3D CAD podatkov.

Zaetki HIP: leto 1986, Kalifornija, ZDA;postopek: stereolitografija; proizvajalec: 3D

Systems


75/162

Zakaj hitra izdelava prototipov?

Zmanjevanje razvojnih strokov in asa za izdelavo. Hitreje lansiranje izdelkov na trg (time to market).

Monost izdelave zelo zapletenih izdelkov.

Izdelava fizinega prototipa je integralni del CADprocesa.

Evaluacija bodoega izdelka takoj po konstruiranju.

Odprava morebitnih napak je relativno enostavna.

Spodbujanje komunikacije med marketinkim,inenirskim, proizvodnim osebjem in kupci.

Spodbujanje vzporednega inenirstva.


76/162

Dve osnovni vrsti HIP

HIP z odvzemanjem

materiala

HIP z dodajanjem

materiala


77/162

HIP z odvzemenjem materiala

Uporaba predvsem namenskih strojev (predvsem

namiznih strunic in rezkalnih strojev). Surovci so predvsem iz voska, lesa, plastike, aluminija.

Programska oprema omogoa preprosto in hitroizdelavo prototipa.

Le za oblikovno preproste izdelke.

3D-model Programska oprema CNC obdelava Prototip


78/162

HIP z dodajanjem materiala

Obstaja ve razlinih postopkov.

Osnovni koraki pri vseh postopkih:1. Modeliranje CAD-modela bodoega izdelka.2. Sprememba CAD-modela v model tipa STL.

3. Narezinjenje modela STL v tanke presene rezine(plasti).

4. Izdelava prototipa na stroju za HIP plast za plastjo.

5. ienje in finaliziranje prototipa.

CAD model STL model narezinjenje izdelava prototip


79/162

2. Sprememba CAD-modela v model tipa STL

Model tipa STL je sestavljen iz 3D ravninskih

trikotnikov. STL datoteka vsebuje koordinate in smer

zunanje normale vsakega trikotnika.


80/162

2. Sprememba CAD-modela v model tipa STL

Trikotniki so ravninski. Z njimi ni mogoe prikazatiukrivljeno povrino povsem natanno.

Poveanje tevila trikotnikov povzroi bolji pribliekmodela, vendar je datoteka STL veja.

Veje STL datoteke pomenijo dalje asepreprocesiranja in poasnejo gradnjo fizinega modela.

1094 trikotnikov

54,784 bajtov

9382 trikotnokov

469,184 bajtov


81/162

3. Narezinjenje modela STL v tanke plasti

Programska oprema za preprocesiranje narezini

model STL v tanke plasti debeline od 0.01 mm do 1

mm (debelina zavisi od tehnologije HIP).

Programska oprema po potrebi doda tudi podporne

strukture, e ima model previsna podroja. Podporese po koncu gradnje prototipa odstranijo.

previs previs most


82/162

3. Narezinjenje modela STL v tanke plasti

Orientacija modela pri gradnji je zelo pomembna

zaradi: Natannosti prototipa: natannost je odvisna od smeri

gradnje. Prototipi si obiajno bolj natanni v x-y ravninikot pa v navpini smeri z.

asa gradnje: orientacija modela vpliva na potreben asgradnje. Orientacija kraje dimenzije modela v smeri osiz zmanja tevilo plasti in skraja as gradnje.

veja natannost,dalji as gradnje

manja natannost,kraji as gradnje

3D-CAD model

smer z


83/162

4. Izdelava prototipa na stroju za HIP

plast za plastjo

Dejanska gradnja fizinega modela plast za plastjo zenim izmed mnogih vrst strojev za HIP.

Gradbeni materiali so npr. polimeri, papir, prah.

Stroji za HIP so visoko avtomatizirani, lovekegaposeganja v proces izgradnje praktino ni.

stroj Quadra Tempo

(Objet)izdelek narejen s strojem

Quadra Tempo

Primer stroja zaHIP:


84/162

5. ienje in finaliziranje prototipa

Sklepna faza je dokonna priprava prototipa. Ta

vkljuuje odstranjevanje podpornega materiala.Nekateri postopki HIP potrebujejo e naknadanoutrditev prototipa.

Prototip oistimo in ga lahko tudi povrinskoobdelamo npr. peskamo, poliramo, pobarvamo.

snemanje prototipa s stroja odstranjevanje podpor prototip je pripravljen

Primer ienja in finaliziranja prototipa narejenega na stroju Quadra Tempo


85/162

Primerjava med HIP z odvzemanjem in

HIP z dodajanjem materiala

Prednosti HIP z odvzemanjem materiala v primerjavi sHIP z dodajanjem materiala:

Strojna oprema je ponavadi ceneja

Velikost prototipa ni omejena

Prosta izbira materiala

Prototip se po izdelavi ne deformira

Prednosi HIP z dodajanjem materiala v primerjavi s HIP zodvzemanjem materiala:

Izdelava kompliciranih prototipov

Zelo komplicirane prototipe s HIP z odvzemanjem ni mo izdelati

Izdelava tankostenskih prototipov

Izdelava zelo majhnih prototipov


86/162

Materiali za gradnjo prototipov

(HIP z dodajanjem materiala)

Tekoi monomeri, ki se pod vplivom energije spremenijov trde polimere.

Razne vrste prahu (npr. kovinski, poliamidni), ki se pod

vplivom energije stali in utrdi.

Tanke plasti folije (npr. papirnate), ki se zlepijo in tvorijo

trden prototip.


87/162

Najbolj razirjene metode HIP

Stereolitografija, ang. Stereolitography (SLA) Selektivno lasersko sintranje, ang. Selective Laser

Sintering (SLS)

Brizganje staljenega materiala iz obe, ang. FusedDeposition Modeling (FDM)

Izdelava prototipov iz tankih folij, ang. Laminated Object

Manufacturing (LOM)

3D-tiskanje, ang. 3D Printing

Oblikovanje izdelkov z laserjem, ang. Laser Engineered

Net Shaping (LENS)


88/162

Stereolitografija (SLA)

Prototip (kos) tvorimo iz foto obutljive polimerne smole.

Pod vplivom energije laserskega arka se smola utrjuje

plast za plastjo in sprime s prejnjo plastjo.

pozicioniranjev smerix-y

laser

laserski arek

dvigalo

spodnji del kosa

platforma

rezervoartekoipolimer

vijak zagibanjedvigala

gradnja kosa

plast za plastjo

yy

x x

zz

Zaetek procesa (prva plast

kosa je dodana na platformo)

Gradnja kosa (model postopoma raste

od spodaj navzgor, plast za plastjo)


89/162

laser gibljivv smerix-y tekoi

polimer

kos vgradnji

previsnamesta

podpore

dvigalo

z


e ima kos previsna mesta je treba hkrati s kosom gradititudi podpore.


90/162



91/162

Stereolitografija

Najstareji postopek, e vedno najbolj razirjen.

Material za gradnjo je foto obutljiv polimer. Uporabljajo se helij-kadmijevi ali argonski laserji moi od

10 mW do 1000 mW.

Hitrost laserja priblino 500 do 3000 mm/s.

Debelina plasti je priblino od 0.025 mm do 0.5 mm.

Podpore so ponavadi potrebne.

Prototipi se e naknadno utrjujejo v posebnih komorah. Postopek izdela zelo natanne prototipe.

Nestrjen material je lahko toksien.


92/162


Ford Mondeo kokpit


93/162


brezine slualke

roaj za torbico

glava valja

obealnik


94/162

Selektivno lasersko sintranje (SLS)

Laser tipa CO2 segreva prah do talia (delci se sprimejo).

Materiali so: poliamid, poliamid s steklenimi vlakni, guma Komora se mora pred gradnjo kosa ogreti.

Podpore niso potrebne.

ravnalni valj

bat zadodajanjemateriala

delovnibat

valj z gradbe-nim materia-lom (prahom)

bat zadodajanjemateriala

ogrevana komora

gradnja kosa

plast za plastjo

valj z gradbe-nim materia-lom (prahom)

izvor laserske svetlobegibljiv v smerix-y


95/162



96/162



97/162



98/162

dodajalnimehanizem

termoplastinimaterial

ogrevana glavase premika vravnini

x-y

nastajajoprototip

miza se giblje

v smeriz miza

Fused Deposition Modeling (FDM)

Termoplastini material vobliki ice se segreje vdelovni glavi (d=1.25 mm)

in iztiskava skozi obo.

Hkrati se nanaa gradbeniin podporni material.

Material se segreje 0.5C

nad toko taljenja. Debelina plasti: 0.127 mm

Utrjevanje in hlajenje traja

priblino 0.1 s.


99/162



100/162



101/162

laser

laserski arek

zalogovnivalj

papir

delovnamiza

valj z ostankipapirja

blok sestavljeniz plasti papirja(prototip se formiraznotraj bloka)

v obliki kriankenarezane plastiokoli prototipaso podpore

prototip

Laminated Object Manufacturing (LOM)

Prototip se tvori z zlepljanjem plasti folije iz papirja, kovine,

plastike itd. Folijo reemo s CO2 laserjem moi 25 W.

Debelina folije:

0.09-0.15 mm.


102/162



103/162



104/162

3D-tiskanje (postopek 1)

Najprej se nasuje plast prahu, nato se prah utrdi z brizganjem

veziva iz ink-jet ob, sledi spust bata za debelino plasti.

Postopek se ponavlja dokler prototip (kos) ni zgrajen.

Prototip se ponavadi utrdi z voskom, epoksijem itd.

Podpore niso potrebne.

2. Tiskanje veziva po

nasuti plasti prahu

3. Spust delovnega bata

za debelino plasti

1. Nasutje nove

plasti prahu

nasutje noveplasti prahu

nesprijetiprah

tiskalna glavaz brizgalnimi

obami vezivo

debelina plasti

delovni bat

kos


105/162

3D-tiskanje (postopek 1)


106/162

3D-tiskanje (postopek 2, PolyJet)

Postopek je podoben tiskanju z ink-jet tiskalniki.

Tiskalna glava nanaa fotopolimer na delovno mizo, ki jegibljiva v z smeri. Fotopolimer utrdi UV svetloba.

delovna ploagibljiva v smeriz z

brizgalna glavagibljiva vravnini

x-y

dotok modelnegamateriala

dotok podpornegamateriala

UVsvetloba

podpornimaterial

modelnimaterial

2. natisnjenega je

polovico kosa3. kos je natisnjen1. zaetek tiskanja

kos


107/162



108/162



109/162



110/162



111/162



112/162

Laser Engineered Net Shaping (LENS)

Laserski arek tali kovinski prakasti material (nerjavee

jeklo, orodno jeklo, baker, aluminij, titan) in postopomaoblikuje izdelek. CO2 ali YAG laser. Zaitna atmosfera.

Izdelki imajo zelo dobre trdnostne in mehanske lastnosti.

zrcalo

dodajalnikprakastegamateriala

lee zafokusiranje

miza gibljivav smeri x-y

zaitni plin


113/162


Primeri uporabe tehnologije LENS:

za hitro izdelavo prototipov in izdelkov


114/162


za popravljanje obstojeih izdelkov

5-osni laserski sistem z dodajalnikom

materiala

Popravljanje obstojeega izdelka


115/162

Prednosti hitre izdelave prototipov

Izdelava geometrijsko zelo zahtevnih kosov.

Izdelava prototipov v zelo kratkem asu. Relativno nizka cena.

Primernost za majhne serije (dananji proizvodni trend!).


116/162

Slabosti hitre izdelave prototipov

Zaradi gradnje plast za plastjo je natannost izdelkov

nekoliko slaba, izgled izdelkov pa stopniast. Zvijanje in deformacije prototipov.

Omejen izbor materialov.


117/162

Monosti uporabe HIP

Oblikovanje izdelkov, dizajn (kraji asi razvoja,

dobra vizualizacija, zgodnja detekcija napak)Inenirske analize (testiranje razlinih oblik

estetski uinek, testiranje v vetrovnikih)

Direktna izdelava izdelkov (Rapid Manuf., RM)

Izdelava orodij (ang. Rapid Tooling, RT)

Indirektni postopki Direktni postopki

Umetnost (izdelava umetnin)

Medicina (izdelava notranjih organov in kosti)

Kemija (vizualizacija mulekul itd.)


118/162

Pomen RT

Posredne metode RT Neposredne metode RT

Zastopanost RP in RT v svetu

Hitra izdelava orodij

Rapid Tooling (RT)Miran Brezonik

***


119/162

Kaj je hitra izdelava orodij?

Proces pri katerem se ponavadi uporabljatehnologija HIP za posredno ali neposredno

izdelavo orodij.

tevilo izdelkov, ki jih izdelamo na takonarejenih orodjih je ponavadi majhno do

srednje veliko. Tipi orodij: npr. za vakuumsko litje, brizganje

plastike.


120/162

Zakaj hitra izdelava orodij?

Kraji as izdelave orodij kot na konvencionalennain (obiajno 4-5 krat kraji).

Niji stroki izdelave orodij (10-20 krat manji).

Za geometrijsko zelo zahtevna orodja.


121/162

Omejitve orodij narejenih z RT

ivljenjska doba je znatno kraja kot pri orodjihizdelanih na konvencionalen nain.

Merske in oblikovne tolerance so ire kot priorodjih izdelanih na konvencionalen nain.

Predvsem za dimenzijsko majhna orodja.

Manja monost modificiranja e narejenegaorodja v primerjavi s kovencionalnimi postopki.


122/162

Posredne RT metode

Osnovno obliko (master) naredimo z eno izmed

metod hitre izdelave prototipov.

S pomojo osnovne oblike nato naredimo kalupnpr. za litje v pesek ali za vakuumsko litje.


123/162

Posredne RT metode

Ime: RTV Silicone Rubber Mold

Material orodja: silikon

Material izdelka: epoksi,poliuretan, akril

Znailnosti: natanna reprodukcija,

komplicirana orodja za vakuumsko

litje,

velikost serij: 10-50, as izdelave orodja:

3 dni do 2 tedna.

odzra evalnikdolivek

1. RP osnovna oblika (master) 2. Oblitje masterja s silikonom

v vakuumski komori in utrditev (vulkanizacija) silikona

3. Razrez silikonskega kalupa po delilni ravnini

4. Polnjenje kalupa (orodja) z materialom iz katerega bo izdelek

5. Izdelek


124/162

Posredne RT metode

Ime: Investment Casting

Material orodja: keramika

Material izdelka: jeklo,

aluminij, cink


izdelava kompliciranih orodij,

za veje serije je treba nareditirazstavljivo orodje.

1. RP osnovna oblika (master)

2. Izdelava kalupa v keramini kopeli

3. Master obdan s keramiko

4. Raztapljanje ali iziganje masterja

5. Vlivanje 6. izdelek


125/162

Posredne RT metode

Ime: 3D Keltool

Material orodja: jeklo in

bakerMaterial izdelka: termoplast


izdelava kompliciranih orodij,

velikost serij: 50-1.000.000,

as izdelave: 1 do 6 tednov, orodja za brizganje plastike.

TM

1. Izdelava masterja z HIP, npr. SLA

2. Oblitje masterja s silikonom

3. Odstranitev masterja in litje z zmesjo

jeklenega prahu in veziva (epoksi)

4. Izig veziva in prepariranje z bakrom(70% jekla, 30% bakra), dolgotrajno

sintranje pri nizki temperaturi

5. Orodje

1.

2.

3.

4.

5.


126/162

Posredne RT metode

Ostale metode (komercialno dostopne):

Aluminium-Filled Epoxy Sprayed Metal

Kirksite

Ostale metode (v fazi razvoja in uvajanja):

Polysteel

SwifTool Rapid Solidification

RePliForm

Sprayform

TM

TM

TM

TM


127/162

Neposredne RT metode

Metode hitre izdelave prototipov se uporabijoneposredno za izdelavo orodij.

Npr. izdelava orodij na strojih za selektivno

lasersko sintranje.


128/162


Ime: Direct AIM

Material orodja: trdi epoksi

Material izdelka: termoplast Znailnosti:

izdelava manj zahtevnih orodij za

brizganje plastike,

odvajanje toplote iz orodja je slabo,

velikost serij: < 50,

as izdelave orodja: 1 teden.

TM

Orodje

narejeno s

SLA

postopkom

in izdelek Izdelki iz termoplastov

Orodju sta prograjeni

aluminijasti ploi zaboljo odvajanje toplote


129/162


Ime: Direct Metal Laser Sintering

(DMLS)

Material orodja: bron-nikelj, jeklo,zapolnitev in utrditev bakrom

Material izdelka: termoplast

Znailnosti: izdelava manj zahtevnih orodij za

brizganje plastike,

velikost serij: ve 1000, as izdelave orodja: 1-4 tedne.

TM

1. Direktna izdelava orodja na

SLS stroju iz bron nikljevega

prahu (jeklenega)

2. Prepariranje poroznega

orodja z bakrom

3. Poliranje orodja in vstavitev

v okvir

1.2.

3.

Sestavine orodja

narejene z DMLS

postopkom in

vstavljene v okvir

orodja


130/162


Dizajn in SLA model SLS prototip iz poliamida

Lasersko sintrano orodjeza brizganje plastike

Poskusna izdelava izdelka

Primer neposredne

izdelave orodja (zaizdelavo

raunalnike mike)na stroju za

selektivno lasersko

sintranje.

Izdelek (mika) se

brizga iztermoplasta na

stoju za brizganje

plastike.


131/162

Zastopanost RP modelov glede na podroje

0 % 10 % 20 %5 % 15 % 25 %

vojaka industrija

ostalo

letalska industrija

akademske institucije

medicina

poslovni stroji, naprave

avtomobilska industrija

potronike dobrine

Podatki temeljijo na osnovi 14

proizvajalcev RP sistemov in

43 prodajalcev in serviserjev

RP sistemov

Vir: Wohlers Associates Inc., 2001


132/162

Zastopanost RP modelov glede na uporabo

0 % 10 % 20 %5 % 15 %

ostalo

neposredni deli za orodja

ergonomske tudije

ponudbe

vizualizacija za orodjarje

mastri za litje kovin

mastri za protot. orodja

prileganje/montaa

vizualizacija

funkcionalni modeli

Podatki temeljijo na osnovi 14

proizvajalcev RP sistemov in

43 prodajalcev in serviserjev

RP sistemov



133/162

Zastopanost RP/RT sistemov

Podatki za 2001 in 2002

temeljijo na oceniVir: Wohlers Associates Inc., 2001

0

2000

4000

6000

8000

10000 prodanih enot

'88 '89 '90 '91 '92 '93 '94 '95 '96 '97 '98 '99 '00 '01 '02


134/162

Dohodki od prodaje RP/RT sistemov

Podatki za 2001 in 2002

temeljijo na oceniVir: Wohlers Associates Inc., 2001

0

100

200

300

400

500

600

700 Mio. US$

'93 '94 '95 '96 '97 '98 '99 '00 '01 '02


135/162

Zastopanost RP/RT sistemov glede na tip


0

500

1000

1500

2000

2500 nameenih sistemov

SLA (3DSystemsin drugi)

FDM(Stratasys)

LOM(Helisysin drugi)

SLS(EOS, 3DSystemsin drugi)

ModelMaker(Solidscape)

MJM(3D

Systems)

Genisys(Stratasys)

3DP(Z Corp.)

2115 1216 692 690 646 599 366 331


136/162

Vzvratno inenirstvo

Reverse Engineering (RE)Miran Brezonik


137/162

Kaj je vzvratno inenirstvo?

Proces posnemanja in nadaljnjega razvoja obstojeegasistema, koncepta, izdelka

Vzvratno inenirstvo je navzoe na zelo razlinih podrojih:

raunalnitvo,

avtomobilska industrija,

izdelki splonega namena,

kemija,

elektrotehnika,

strojnitvo,

gradbenitvo,

Itd.


138/162

Kaj je vzvratno inenirstvo

(oja formulacija)?

Pretvorba realnih predmetov v raunalniko oblikoz namenom nadaljnje manipulacije modela.

Postopek vzvratnega inenirstva se sestoji iz dveh

kljunih korakov:

3D-digitalizacija realnega izdelka, orodja itd.,

CAD obdelava povrin, ki jih dobimo s 3D-digitalizacijo.

Dele pogosto izdelamo z eno izmed tehnologij

hitre izdelave.


139/162

3D-digitalizacija

Uporabna je v primerih, ko imamo na voljo fizinimodel.

Razlini vzroki:

proizvajalec ve ne izdeluje originalnega dela,

ni dovolj dokumentacije za izdelavo ali je izgubljena,

posnetek realnih dimenzij izdelka (npr. orodja).


140/162

3D-digitalizacija

Sistemi za 3D-digitalizacijo:dotini,

brezdotini (laserski, optini, rentgenski).

Primer: Optini brezdotini

3D-digitalizator ATOS II


141/162

Digitalizacija in CAD obdelava povrin pitole

Primeri 3D-digitalizacije

Digitalizacija obraza

Od fizinega modela do hitrega prototipa

Vse slike so last TECOSa, Celje
http://www.tecos.si/digicen/4.htmhttp://www.tecos.si/digicen/3.htmhttp://www.tecos.si/digicen/2.htmhttp://www.tecos.si/digicen/1.htmhttp://www.tecos.si/digicen/obraz_rezultat.htmhttp://www.tecos.si/digicen/obraz_obdelava_1.htmhttp://www.tecos.si/digicen/obraz_obdelava.htmhttp://www.tecos.si/digicen/obraz.htmhttp://www.tecos.si/digicen/pistola_re.htmhttp://www.tecos.si/digicen/pistola.htmhttp://www.tecos.si/digicen/pistola_stl.htmhttp://www.tecos.si/digicen/pistola_photo.htm


142/162

Kemina obdelavaZgodovina:

Legenda pravi: stari Grki izumijo tekoi ogenj, ki razjeda organske in

anorganske snovi

e 2500 let pr.n.t. stari Egipani jedkajo bakreno okrasje s citronskokislino

e 1000 let pr.n.t. ljudje iz Hohokama (dananja Arizona) jedkajopoleve hiice (nakit) s fermentiranim kaktusovim sokom

V Evropi prvi zaetki v 15. st. (jedkanje okrasij na itih)

V 16. st. jedkanje plo za tiskanje (graviranje rk brez ostrih robov) V 17. st. za jedkanje znakov na merilnih intrumentih

V 19. st. in prvi polovici 20. st. nadaljnji razvoj kemine infotokemine obdelave (jedkanje plo za tiskanje z duikovo kislino)

V drugi polovici 20. st. tee buren razvoj v ZDA in Evropi

v 60. letih 20 st. postane kemina obdelava uteen obdelovalnipostopek (izdelava tiskanih vezij!)


143/162

Kemina obdelava

Princip delovanja:

Pri vseh postopkih kemine obdelave gre za kontrolirano jedkanjemateriala z ustrezno kemikalijo (keminim reagentom), razlika je lev izvedbi postopka. Material se pod vplivom kemikalije raztaplja.

Postopki:

Kemino jedkanje (rezkanje), (ang. Chemical milling)

Kemino izrezovanje (tudi tancanje), (ang. Chemical blanking)

Fotokemino izrezovanje (tudi tancanje), (ang. Photochemicalblanking, Photoetching, Photochemical machining)

odpadek

tancanje Izrezovanje


144/162

Kemina obdelava Kemino jedkanje

Predvsem za zmanjanje mase velikih plo in sten

Uporabno za veliko razlinih materialov Selektivno jedkanje materiala doseemo s t.i. maskiranjem

povrine obdelovanca s plastjo materiala, ki ga kemikalija zajedkanje ne razjeda

Globina jedkanja je do priblino 12mm

Tipine hitrosti obdelave: 0.0025-0.1mm/min

Tipine povrinske hrapavosti za kemine obdelave: Ra = 0.1-13m Tipine tolerance za kemine obdelave: 2.5-250 x 10-3 mm (oz. v

popreju 10% debeline ploevine)


145/162


Koraki:

e ima obdelovanec zaostale napetosti od prejnje obdelave, jih jetreba najprej odpraviti (da prepreimo zvijanje)

Povrino obdelovanca razmastimo in oistimo

Izvedemo maskiranje s trakovi, elastomeri (gumo, neoprenom),

plastiko (PVC, polietilenom, polistirenom)

Na mestih kjer elimo uinek jedkanja, masko odstranimo

Nezaitena mesta jedkamo z npr. natrijevim hidroksidom (zaaluminij), duikovo kislino (za jeklo), kloridi (za nerjavee jeklo) itd.

Po jedkanju obdelovanec temeljito speremo

Masko umaknemo

Mone so nadaljnje obdelave za finaliziranje obdelovanca

Opisano zaporedje korakov lahko ponavljamo, da doseemo

korane vdolbine oz. razline oblike


146/162

Pri vseh keminih obdelavah nastane spodrez

mealo

kadspodrez

tretje drugo prvo

Jedkanje:

rob maske

odstranjenmaterial

globinagrelec

obdelovanec

kemikalija

maska

obdelovanec

Shematski prikaz keminega jedkanja Obdelava z jedkanjem v ve korakih



147/162

Uporaba:

V letalski in vesoljski industriji za zmanjanje mase npr. letalskih inraketnih lupin (velikost kadi za jedkanje tudi do 4 x 15 m)

V industriji mikroelektronskih komponent

podroja obdelanas keminim jedkanjem

prerez

4 mm(pred obdelavo)

2 mm(po obdelavi)

Obdelava raketne lupine s keminim jedkanjem za poveanje razmerja togost-masa



148/162

Postopek je podoben izrezovanju elementov iz ploevinastih plos klasinimi rezilnimi orodji

Pri keminem izrezovanju se material raztopi skozi vso debelinoobdelovanca (ne samo delno kot pri keminem jedkanju)

Uporaba:

Dekorativni panoji, stikalne ploe itd.

Izrezovanje zelo tankih ploevinastih izdelkov (tudi do debeline

0.002 mm; debelina cigaretnega papirja je 0.025 mm) Izdelava majhnih in zapletenih izdelkov

Postopek ni primeren za izdelke debeleje od 2.5 mm

Kemina obdelava Kemino izrezovanje


149/162

Modifikacija postopka keminega jedkanja

Uporaba fotografskih tehnik

Postopek uporaben tudi za jedkanje, ne samo za izrezovanje

Surovci so zelo tanke ploevine oz. folije (do 0.0025 mm)

Kemina obdelava Fotokemino izrezovanje


150/162

ienje (razmastitev)obdelovanca

Nanos fotoobutljiveplasti (emulzije)

Namestitev fotoorodja

(negativa) na obdelovanec;

negativ je narejen na

fotoploterjih visoke loljivosti

Osvetlivev fotoobutljiveemulzije z UV svetlobo

Odstranitev fotoorodja Kemino razvijanjefotoobutljive emulzije

Kemina obdelavaobdelovanca

Kemina odstranitevfotoobutljive emulzije;finaliziranje izdelka

Koraki:



151/162



152/162

tudij obdelave (jedkanja) obdelovanca

3.

4.

1. 2.



153/162

Slabosti:

Zaradi jedkanja v horizontalni in vertikalni smeri lahko pride dospodreza

Izogibati se je treba ostrih kotov in globokih ter ozkih lukenj,

poroznih in razpokanih surovcev

Zaradi poasne obdelave je ugodno, e se obdelovanec predhodnoobdela do osnovne oblike



154/162


Uporaba:

Maske (ang. shadow mask) za barvne TV-katodne cevi

Ploevinasti izdelki iroke potronje

Izdelava tiskanih vezij

Mree, reetke

Nakit, okrasne ploice, spominki

Dekorativni ornamenti


155/162


Izdelki, narejeni s fotokeminim izrezovanjem

http://www.pcmi.org/index.php


156/162

Elektrokemina obdelava

Princip delovanja:

Princip delovanja je obraten kot pri galvaniziranju

Elektrokemina obdelava je odstranjevanje elektrino prevodnegamateriala z anodno razgradnjo v kopeli hitro tekoega elektrolita

Hitro tekoi elektrolit v rei med anodo in katodo izpere (odstrani) kovinskeione, ki potujejo od anode h katodi, in bi se sicer naloili na katodi (s hitrimtokom elektrolita prepreimo galvaniziranje, tj. ustvarjanje kovinske prevleke na katodi)

Orodje se pomika k obdelovancu

Razlika v gostoti el. toka povzroi, da se obdelovanec oblikuje v skladu zobliko orodja

elektrolitkatoda (orodje)

gostota el. toka(veja pri manjioddaljenosti)

anoda (obdelovanec)

orodje se gibljenavzdol in ree


157/162


orodje

rpalka za kroenjeelektrolita

-izolacijskaprevleka

+kad

elektrolitobdelovanec

enosmerniel. tok

Izveda stroja:

Kad z elektrolitom

Izvor enosmernega toka

rpalka rpa elektrolit pod visokim tlakom skozi orodje

Anoda (obdelovanec), katoda (orodje)


158/162


a) Turbinska lopatica iz nikljeve zlitine (HB 360)

b) Luknje na kletki valjnega leaja

Primeri izdelkov:

podajalnik

izolacijska plast

teleskopski

pokrov

podajanje

bakrena elektroda(katoda - orodje)

nosilecelektrode

elektrolit

izdelek

odkovek(surovec)

140mm

65mm

14 lukenj

112mm

86mm

c) kletka

a)

b)


159/162

Znailnosti:

Material orodja: baker, medenina, jeklo

Vrsta elektrolita: odvisna od obdelovanca (npr. raztopina NaCl v vodi; HCl;

raztopina H2SO4; raztopina 10% hidroflorne kisline + 10% HCl + 10% HNO3;

mone alkalne raztopine)

Tipina napetost: 8-20V

Tipini tokovi: 5-40.000A (!)

Rea med orodjem in obdelovancem: 0.05-0.3mm

Hitrost odstranjevanja materiala: 1600mm3/min/1000A oz. 3kWh za 1600mm3

(30-krat manj uinkovit proces kot pri standardnih obdelavah)

Tipina hrapavost povrine: Ra = 0.025-7m

Tipine tolerance: 2.5-550 x 10-3 mm

Hitrost odstranjevanja materiala neodvisna od trdote materiala

Zelo majhna obraba orodja

Pomembni parametri: napetost, tok, podajanje, elektrolit, prevodnost elektrolita

Slabost: velika poraba energije, samo za el. prevodne in ne preve majhne

obdelovance, dragi stroji



160/162

Elektrokemina obdelava Elektrokemino bruenje

Znailnosti:

Posebna izvedba elektrokemine obdelave z rotirajoim brusnim kolutom

Vrsta abraziva: aluminijev oksid, diamant

95-98% obdelave poteka z anodno razgradnjo, le 2-5% z abrazijo

elektrolit podtlakom

elektroda (brusni kolut)

vreteno

elektriniprikljuek

neprevodnaabraziva zrna

obdelovanec

delovnamiza

izoliranovleajenje

DCizvor el.energije


161/162

Elektrokemina obdelava Elektrokeminoodstranjevanje ostrih robov (ang. Electrochemical deburring)

Znailnosti:

Posebna izvedba elektrokemine obdelave; namenjena zaodstranjevanje ostrih robov in za zaobljevanje robov

Katodno orodje se mora prilegati robovom, ki jih obdelujemo

Katoda je stacionarna (preprosteja izvedba stroja)

Nizke napetosti, veliki tokovi, kratki cikli obdelave

oster rob

katoda

DCizvor el.energije

varovalka toplotni

izmenjevalec

izolator

filterrpalka

obdelovanec

kad z elektrolitom


162/162

Okvirna literatura pri predmetu

1. Zapiski predavanj (Fakulteta za strojnitvo, Univerza v Mariboru, Maribor)2. S. Kalpakjian, S. R. Schmid: Manufacturing engineering and technology (fourth

edition), Prentice-Hall, New Jersey, USA, 2001

3. I. Drstvenek: Slojevite tehnologije (Layered Technologies), Univerza v Mariboru,Fakulteta za strojnitvo, Maribor, 2004

4. Janez Kopa, Dragica Noe: Strega in montaa, Univerza v Ljubljani,Fakulteta zastrojnitvo, 1989

5. http://claymore.engineer.gvsu.edu/ (1. 10. 2009)6. K. G. Cooper: Rapid prototyping technology, Marcel Dekker, 20017. http://www.cc.utah.edu/~asn8200/rapid.html (1. 10. 2009)
http://www.cc.utah.edu/~asn8200/rapid.htmlhttp://www.cc.utah.edu/~asn8200/rapid.html

Proizvodne tehnologije2

Documents