-
Conf. Dr. Ing. N. Ionescu, Prof. Dr. Ing. Aurelian Vian
Tehnologii Speciale, curs, anul V TEN, 2004 2005, Cap. 9.
Tehnologii de Prototipare Rapid
Fiecare student poate realiza o singura copie a acestui
material, numai pentru uzul propriu. Orice alt multiplicare sau
utilizare, realizat fr acordul autorilor, constituie o nclcare a
legii dreptului de autor/copyright i poate fi pedepsit n baza
acesteaia.
1
9. TEHNOLOGII DE PROTOTIPARE RAPID
Tehnologiile de fabricare rapid a pieselor, cunoscute pe plan
mondial sub denumirea de Rapid Prototyping, reprezint acea clas de
tehnologii cu ajutorul crora forma piesei se obine treptat prin
adugare de straturi succesive de material. Prin aceast tehnologie
se pot obine piese care au configuraie interioar complicat i care
nu pot fi realizate prin procedee tradiionale pe maini unelte
clasice, utiliznd datele de proiectare asistat de calculator (CAD).
Mainile utilizate permit proiectanilor s obin rapid prototipuri
tangibile ale proiectelor lor avnd multiple utilizri: mijloace
vizuale auxiliare pentru comunicarea ideilor ntre colegii de echip
sau ctre clieni, testarea prototipurilor (de exemplu, un inginer n
domeniul aerospaial poate s monteze un model de arip ntr-un tunel
aerodinamic pentru a msura forele de ridicare i de tractare),
realizarea rapid a unor scule cum ar fi de exemplu matriele de
injecie etc. Pentru serii mici de fabricaie i pentru obiecte mai
complicate, prototiparea rapid este adesea cel mai bun proces de
fabricare disponibil. Desigur, rapid este un termen relativ.
Majoritatea prototipurilor necesit ntre 3 pn la 72 ore pentru
construire, funcie de mrimea i complexitatea obiectului. Acest
proces poate prea lent, ns este mult mai rapid dect cel tradiional
care necesita sptmni sau luni. Aceast economie substanial de timp
permite fabricanilor s aduc pe pia produse ntr-un interval de timp
mai scurt i cu costuri mai mici.
Sunt accesibile pe pia cel puin 7 tipuri diferite de tehnici de
prototipare, fiecare cu valoarea sa unic. ntruct tehnologiile RP
sunt din ce n ce mai utilizate n aplicaiile neprototipante, la
aceste tehnici se face adesea referire ca la, fabricare automat
computerizat sau fabricare stratificat. Ultimul termen este n
special descriptiv pentru procesul de fabricare utilizat n toate
tehnicile comerciale.
Un pachet software taie modelul CAD ntr-un numr de straturi mici
(aproximativ 0,1 mm grosime), care apoi sunt puse una peste alta.
Prototiparea rapid este un proces aditiv, combinnd straturile de
hrtie, cear, plastic, metal etc. pentru a crea un obiect solid. n
opoziie, majoritatea proceselor de prelucrare (frezare, gurire,
lefuire etc.) sunt procese de eliminare care ndeprteaz materialul
dintr-un bloc solid. Natura cumulativ a RP-urilor permite acestora
s se obin suprafee interne complicate care nu pot fi fabricate prin
alte mijloace [1].
Principalele companii care produc echipamente de prototipare
rapid sunt: 3D Systems, Stratasys, DTM i Helisys. n prezent, o
investiie n aceast industrie nu poate avea rezultate imediate.
Prototiparea Rapid este o provocare, avnd anse de succes pe termen
lung. Fiecare productor utilizeaz propria tehnologie patentat
pentru realizarea seciunilor de trecere.
Mainile sunt relativ scumpe. Preul lor ncepe de la 70000$ i
ajunge pn la 800000$, incluznd toate cheltuielile aferente. n anul
2000 au fost vndute n lume cca. 1320 de maini ctre mari productori
cum ar fi Daimler-Chrysler, Motorola i Mattel, firme specializate n
realizatrea de prototipuri papide pentru companii care nu-i pot
permite propriile echipamente. Sistemuele 3D ncearc coborrea
barierei preurilor i introducerea tehnologiei ThermoJet.
Prototiparea Rapid se utilizeaz n special pentru: 1. Conceperea
unor modele; 2. Vizualizarea aspectului unei piese sau a unui
ansamblu; 3. Verificarea funcionalitii; 4. Aspectul modelelor
pentru expoziii i brouri; 5. Mrimea i aspectul modelelor pentru
liniile de producie tehnologic i secii; 6. Modele pentru testarea
piesei; 7. Modele pentru mpachetare; 8. Machete pentru realizarea
modelelor prototip; 9. Electrozi EDM pentru producia de modele; 10.
Caviti complexe pentru modele de serie mic; 11. Caviti complexe
pentru producia modelelor; 12. Scurtarea timpului de realizare a
prototipurilor i a modelelor.
-
Conf. Dr. Ing. N. Ionescu, Prof. Dr. Ing. Aurelian Vian
Tehnologii Speciale, curs, anul V TEN, 2004 2005, Cap. 9.
Tehnologii de Prototipare Rapid
Fiecare student poate realiza o singura copie a acestui
material, numai pentru uzul propriu. Orice alt multiplicare sau
utilizare, realizat fr acordul autorilor, constituie o nclcare a
legii dreptului de autor/copyright i poate fi pedepsit n baza
acesteaia.
2
Exist mai multe metode de prototipare rapid dar toate metodele
presupun parcurgerea a cinci etape principale, respectiv:
1. Crearea modelului CAD al viitoarei piese; 2. Transformarea
modelului CAD n fiiere de tip STL - Standard Triangulation
Language
(Interfa standard de la CAD la RP - dup segmentare i
vizualizare, datele sunt traduse n instruciuni de fabricaie a
pieselor RP), fiind posibile i alte formate, cum ar fi: Iniial
Graphic Exchange Specification (IGES) sau Virtual Reality Modelling
Language (VRML).
3. Secionarea modelului n format STL n straturi transversale
subiri; 4. Realizarea modelului prin depunere de straturi
succesive; 5. Curarea i finisarea modelului.
n primul pas obiectul care trebuie realizat este modelat
folosind pachete de programe CAD. Programele de modelare solid, cum
ar fi Pro/ENGINEER, permit reprezentarea 3D a obiectelor cu mai
mult precizie dect programele bazate pe desenarea conturului
(wire-frame) cum ar fi AutoCAD i de aceea au eficien i rezultate
mai bune. Proiectantul poate folosi un fiier existent sau poate s
creeze unul special pentru scopul prototiprii.
n cazul prototiprii folosind date rezultate din Reverse
Engineering sau obinute pe baza unor tomografii computerizate, cum
ar fi, de exemplu n cazul realizrii unor proteze, informaiile
privind forma piesei pot fi reprezentate ca polilinii, curbe sau
suprafee NURBS (Non Uniform Rational B-Spline) sau modele 3D.
Poliliniile utilizate pentru stabilirea conturului piesei
reprezint informaia fundamental pentru stabilirea topologiei piesei
i ofer o mare precizie din punct de vedere geometric. Conturul
piesei poate fi stabilit ca polilinii formate dintr-un mare numr de
segmente liniare. Aceste polilinii pot fi exportate ca fiiere IGES
- Iniial Graphic Exchange Specification care conin informaii despre
suprafee. Pentru a reduce spaiul dintre liniile rezultate din zona
scanat, poliliniile pot fi utilizate ca baz pentru a crea o suprafa
extrudat sau un model solid ntr-un soft CAE.
Suprafeele i curbele NURBS pot fi generate cu ajutorul unui soft
de conversie a figurilor scanate sau cu un soft CAE. Ele ofer un
contur de mare finee dar nu ofer o precizie suficient n raport cu
conturul real al reperelor scanate. Aceast precizie de modelare a
conturului real depinde foarte mult de parametrii rezultai din
calcul, respectiv de numrul i de poziia punctelor de msurare.
Reprezentrile 3D obinute cu ajutorul softurilor de conversie a
figurilor scanate pot fi exportate i direct ca modele 3D. Conturul
acestor modele virtuale 3D este identic cu conturul reperelor
scanate i se consider c aceasta este cea mai precis reprezentare.
Softurile CAE pot importa aceste fiiere dar ele au dezavantaje n
utilizarea ca referin n proiectare datorit cantitii reduse de date
i a timpului mare de procesare.
n al doilea pas este convertit fiierul CAD ntr-o configuraie
STL. Aceast configuraie reprezint o suprafa tri-dimensional ca un
ansamblu de triunghiuri plane, ca faetele unui diamant. Fiierul
conine coordonatele de rotire i direcia normal la fiecare triunghi.
Deoarece fiierele STL utilizeaz elemente plane, acesta nu poate
reprezenta suprafee curbe cu exactitate. Creterea numrului de
triunghiuri corecteaz aproximarea, dar n detrimentul mrimii
fiierului. Fiierele mari i complicate necesit mai mult timp pentru
pre-procesare i construcie astfel nct proiectantul trebuie s
aprecieze cu exactitate i uurin producerea unei structuri
optime.
n al treilea pas, un program de pre-procesare pregtete fiierul
STL pentru construcie. Cteva programe sunt utile i permit
utilizatorului s adapteze mrimea, poziia i orientarea modelului.
Orientarea piesei care va fi realizat este important din mai multe
motive. n primul rnd, proprietile Prototipurilor Rapide variaz de
la o direcie de coordonate la alta. De exemplu, prototipurile sunt
de obicei mai puin exacte pe direcie vertical (axa Z) dect n planul
X - Y. n plus, orientarea piesei influeneaz timpul necesar pentru
construcia modelului. Plasarea celor mai mici dimensiuni ale piesei
pe direcia Z reduce numrul de straturi, micornd foarte mult timpul
de realizare.
-
Conf. Dr. Ing. N. Ionescu, Prof. Dr. Ing. Aurelian Vian
Tehnologii Speciale, curs, anul V TEN, 2004 2005, Cap. 9.
Tehnologii de Prototipare Rapid
Fiecare student poate realiza o singura copie a acestui
material, numai pentru uzul propriu. Orice alt multiplicare sau
utilizare, realizat fr acordul autorilor, constituie o nclcare a
legii dreptului de autor/copyright i poate fi pedepsit n baza
acesteaia.
3
Programele de pre-procesare mpart modelul n straturi de la
0,01mm la 0,7 mm grosime, funcie de tehnica de realizare. De
asemenea, programul poate genera o structur auxiliar pentru a
sprijini modelul n timpul construirii. Acest sprijin este folositor
pentru caracteristici critice cum ar fi proeminenele, cavitile
interioare sau pereii subiri.
Al patrulea pas este construcia piesei. Folosind una dintre
metodele de prototipare rapid mainile RP realizeaz piesa prin
depunere de straturi succesive din materiale precum polimeri,
parafin, hrtie sau pulbere metalic. Multe maini sunt aproape
autonome, fr s necesite intervenia uman.
Ultimul pas este post-procesarea. Acest pas implic mutarea
prototipului de pe main i detaarea oricror reazeme. Unele materiale
fotosenzitive trebuie sa fie complet polimerizate nainte de
utilizare, necesitnd o polimerizare final. Prototipurile, de
asemenea necesit o curire minor i tratamente de suprafa. Sablarea,
etanarea i/sau vopsirea modelului i va mbunti aspectul i
durabilitatea.
Materia prim folosit de tehnologiile Rapid Prototyping poate fi
n stare lichid, solid sau sub form de pulbere.
Procedeele care utilizeaz materia prim n stare lichid se mpart n
dou grupe: Procedee care folosesc lichizi polimerici care vor fi
solidificai la impactul cu fasciculul
laser sau lumina unei lmpi ultraviolete (cum ar fi
Stereolitografia - SLA) sau prin nclzire (Polimerizare termal).
Procedee care se bazeaz pe topirea, depunerea i solidificarea
materialului, aceste tehnologii permind folosirea materialelor
plastice sau a metalelor (cum ar fi modelarea depunerilor topite -
FDM).
Alte procedee utilizeaz materia prim sub form de pulbere.
Particulele de pulbere pot fi sinterizate n forma dorit
(Sinterizare Selectiv cu Laser) sau pot fi lipite folosind un liant
dirijat numai n punctele necesare realizrii unei seciuni (tiprirea
n 3D).
Materialele solide sunt n general sub form de folii subiri, iar
piesele vor fi realizate prin lipirea sau sudarea foliilor n
straturi succesive urmat de o tiere pe conturul interior i exterior
a unei seciuni cu ajutorul unui fascicul laser (fabricare de piese
stratificate - LOM).
Exist i procedee RP care construiesc piesa direct
tridimensional, dar cele mai multe tehnologii execut piesa din
straturi succesive construite bidimensional (2D) suprapuse. Pentru
aceasta se pleac de la modelul solid al piesei care este secionat n
straturi succesive cu plane orizontale ale piesei distanate ntre
ele cu cteva zecimi de milimetru.
9.1. Stereolitografia - Stereolithography - SLA
Stereolitografia este un procedeu tipic de prelucrare strat cu
strat, bazat pe fotopolimerizare care folosete laserul ultraviolet
pentru a polimeriza straturi subiri dintr-un lichidul acrylic sau
foto-epoxidic. SLA este folosit n realizarea unor prototipuri,
modele pentru testare, repere funcionale, modele pentru turnare sau
mulaje.
Modelul este construit pe o platform situat dedesubtul suprafeei
de lucru ntr-o baie de lichid epoxidic sau rin acrilic (fig. 9.1).
Un laser UV de putere redus, puternic focalizat polimerizeaz primul
strat, solidificnd seciunea transversal a modelului. Apoi, un
elevator coboar incremental platforma n materialul polimeric
lichid. Un sistem reacoper stratul solidificat cu lichid i laserul
polimerizeaz un al doilea strat peste primul. Acest proces se repet
pn cnd prototipul este complet realizat. Apoi, corpul solid este
mutat din baie, splat i depus ntr-un cuptor cu raze ultraviolete
pentru maturizare.
Laserul utilizat pentru polimerizare este un laser HeCd. Un al
doilea fascicul al unui laser cu HeNe este folosit pentru a se
asigura c suprafaa lichidului este amplasat corect. Un sistem
special de periere elimin tensiunea superficial a suprafeei
lichidului, asigurnd o suprafa plan minimizndu-se astfel timpul de
obinere a fiecrui strat.
-
Conf. Dr. Ing. N. Ionescu, Prof. Dr. Ing. Aurelian Vian
Tehnologii Speciale, curs, anul V TEN, 2004 2005, Cap. 9.
Tehnologii de Prototipare Rapid
Fiecare student poate realiza o singura copie a acestui
material, numai pentru uzul propriu. Orice alt multiplicare sau
utilizare, realizat fr acordul autorilor, constituie o nclcare a
legii dreptului de autor/copyright i poate fi pedepsit n baza
acesteaia.
4
Deoarece reperul este realizat ntr-un mediu lichid i deoarece
interiorul reperului conine nc polimer lichid, ar putea fi necesar
sa se adauge structuri suport pentru a mri rigiditatea reperului i
pentru a evita ieirea din scufundare pe fundul platformei sau din
plutire liber n baie. Structurile suport sunt de obicei ndeprtate
manual dup scoaterea piesei din incinta de lucru.
Cele mai multe maini pentru stereolitografie realizeaz
solidificarea unui strat punct cu punct. Pentru aceasta, o raz
laser scaneaz suprafaa lichidului i produce solidificarea unui mic
volum de lichid numit voxel sau punct 3D. Voxelii pot avea o
dimensiune suficient de mare pentru a asigura contactul cu urmtorul
voxel din vecintatea lui i cu cei din straturile inferioare. Mrimea
suprapunerii voxelilor este controlat cu ajutorul distanei dintre
ei, grosimea straturilor, puterea laserului, timpul de staionare a
fasciculului laser pentru un voxel.
Pentru reducerea timpului de realizare a unui strat seciunile
piesei sunt numai parial scanate i solidificate. Laserul va scana
numai exteriorul i interiorul conturului unei seciuni, iar restul
suprafeei va fi doar haurat prin linii de voxeli. Seciunile
superioare i inferioare vor fi integral solidificate prin scanarea
lor complet pentru a evita scurgerile de lichid dintre seciunile
intermediare. Solidificarea straturilor intermediare se face prin
expunerea piesei ntr-un cuptor special la o surs de lumin care
asigur continuarea polimerizrii.
Timpul de scanare depinde de complexitatea conturului, traseul
de scanare a suprafeei, viteza de deplasare a fasciculului laser i
de timpul de reacoperire a stratului solidificat cu un nou strat de
lichid nepolimerizat.
Mainile pentru stereolitografie au fost realizate din 1988 de 3D
Systems din Valencia, California. n prezent 3D Systems reprezint
industria de vrf, vnznd mai multe maini de RP dect oricare alt
firm. Deoarece a fost prima metod de prototipare rapid,
Stereolitografia este considerat de referin pentru alte tehnologii.
La nceput, prototipurile stereolitografiate erau casante,
vulnerabile la deformare i distorsiuni, dar modificrile recente au
adus mari corecii acestor probleme. Brevetat n 1986,
Stereolitografia a declanat revoluia n ceea ce privete Prototiparea
Rapid. Materialul folosit n procesul SLA este o rin naturala
fotosensibil. 3D Systems i Ciba-Geigy Ltd. depun eforturi s
dezvolte noi rini, cu cea mai bun rezisten i cu bun
prelucrabilitate.
Laserul HeCd
Figura 9.1. Schema procesului de Stereolitografie
Lentile
Oglind
Laserul HeNe
Platform
Lichid polimer
Elevator Perie
-
Conf. Dr. Ing. N. Ionescu, Prof. Dr. Ing. Aurelian Vian
Tehnologii Speciale, curs, anul V TEN, 2004 2005, Cap. 9.
Tehnologii de Prototipare Rapid
Fiecare student poate realiza o singura copie a acestui
material, numai pentru uzul propriu. Orice alt multiplicare sau
utilizare, realizat fr acordul autorilor, constituie o nclcare a
legii dreptului de autor/copyright i poate fi pedepsit n baza
acesteaia.
5
9.2. Sinterizare Selectiv cu Laser - Selective Laser Sintering -
SLS
Dezvoltat de Carl Deckard n teza sa de doctorat la Universitatea
din Texas, Sinterizarea Selectiv cu Laser a fost brevetat n 1989.
Procesul de Sinterizare Selectiv cu Laser se desfoar similar cu
procesul de Stereolitografie punct cu punct, adic un fascicul laser
scaneaz i solidific straturi succesive ale piesei. Lichidul
polimeric este nlocuit cu pulbere de material prenclzit la o
temperatur uor sub punctul de topire. Solidificarea selectiv se
realizeaz n timpul unei a doua nclziri peste temperatura de
sinterizare cu ajutorul unui fascicul laser controlat n planul XY
(fig. 9.2).
Pulberea care nu este scanat va rmne pe suprafaa de lucru i va
constitui suport pentru urmtorul strat de pulbere.
Reperele sunt construite pe o platform care este situat chiar
sub suprafaa de lucru ntr-un recipient cu pulbere prenclzit, la o
temperatur uor sub punctul de topire. Laserul urmrete forma
primului strat, sinterizndu-l. Platforma este cobort cu nlimea
urmtorului strat i pulberea este aplicat din nou. Acest proces
continu pn cnd reperul este complet. Excesul de pulbere n fiecare
strat ajut la susinerea piesei n timpul realizrii sale.
Aplicaiile industriale ale acestui proces includ materiale
termoplaste, cum ar fi: PVC, ABS, nylon, dar i pulberi de cupru,
pulberi ceramice acoperite cu fosfai.
Mainile SLS sunt produse de DTM din Austin, Texas.
9.3. Polimerizare selectiv cu raze ultraviolete - Solid Ground
Curing - SGC
Dezvoltat de firma Cubital America Inc. din Troy, metoda SGC
este similar Stereolitografiei (SLS) deoarece ambele folosesc
lumina ultraviolet pentru solidificarea polimerilor fotosenzitivi.
Spre deosebire de SLA, SGC trateaz termic un ntreg strat n acelai
timp. Mai nti, rina fotosenzitiv este pulverizat pe platforma de
construcie (fig. 9.3). Apoi, maina realizeaz o fotomasc (ca o
matri) a stratului ce urmeaz s fie construit. Aceast fotomasc este
imprimat pe o plac de sticl de deasupra platformei de construcie
folosind un proces electrostatic similar celui folosit de
fotocopiatoare. Masca este apoi expus luminii UV, care doar trece
prin prile transparente ale mtii pentru a ntri forma stratului
curent.
Laser CO2 Lentile
Cilindru nivelare pulbere
Oglind
Pulbere nesinterizat
Pies
Cilindru de formare i pat de pulbere
Cartu de alimentare/Cartu de colectare
Figura 9.2. Schema Sinterizrii Selective cu Laser
-
Conf. Dr. Ing. N. Ionescu, Prof. Dr. Ing. Aurelian Vian
Tehnologii Speciale, curs, anul V TEN, 2004 2005, Cap. 9.
Tehnologii de Prototipare Rapid
Fiecare student poate realiza o singura copie a acestui
material, numai pentru uzul propriu. Orice alt multiplicare sau
utilizare, realizat fr acordul autorilor, constituie o nclcare a
legii dreptului de autor/copyright i poate fi pedepsit n baza
acesteaia.
6
Piesele realizate cu aceste sisteme nu mai necesit o tratare
ulterioar prin expunerea lor la o lumin special. Iluminarea unei
ntregi seciuni se realizeaz printr-un ablon care reprezint o
seciune a piesei. Unele echipamente folosesc un fotoploter pentru a
genera abloane din folii de plastic translucide i fotosensibile.
Pentru fiecare seciune ce urmeaz a fi solidificat se realizeaz cte
un ablon.
n figura 9.4 se prezint schematic, comparativ, procedeele de
steriolitografie i, respectiv, de polimerizare selectiv cu raze
ultraviolete.
Mainile care folosesc aceast tehnologie au dimensiuni mari
pentru a permite realizarea unor repere mari.
Dup ce stratul este ntrit, maina aspir rina lichid n exces i
pulverizeaz cear n locul ei pentru a susine modelul n timpul
construirii. Suprafaa de deasupra este frezat orizontal i apoi
procesul se repet pentru a construi urmtorul strat. Cnd reperul
este complet, el trebuie s fie curat de parafin prin imersarea lui
n baie de solvent.
Principalele caracteristici ale tehnologiei de prototipare rapid
SGC sunt: n cazul SGC cuva se deplaseaz att orizontal, ct i
vertical; micarea orizontal poate
conduce piesa la diferite posturi de lucru ale mainii; Sursa
luminii: n loc de fasciculul laser este utilizat o lamp UV care
este folosit pentru a
inunda camera i pentru a iradia i solidifica ntregul strat
deodat. Pentru a selecta zonele care trebuie ntrite, este construit
o masc pe o plac de sticl i consecutiv, nlturat dup folosire. Masca
utilizat este realizat printr-un proces similar celui utilizat de
imprimantele laser. Placa de sticl cu masca este aezat ntre lamp i
suprafaa spaiului de lucru.
Reperele sunt construite nconjurate de cear, eliminnd nevoia de
structuri suport. Odat ce un strat este expus la lampa ultraviolet,
zonele netratate (acele zone ncrcate cu reziduri- lichid polimer)
sunt nlocuite cu cear. Acest lucru este realizat prin nlturarea
polimerului rezidual i aplicnd un strat de cear. Ceara este
solidificat cu ajutorul unei plci metalice reci, i consecutiv,
stratul este frezat la nlimea necesar.
Postul de frezare permite, dac este nevoie, nlturarea
straturilor greit depuse. Noul strat de polimer este aplicat cnd
spaiul de lucru se mut din postul de frezare n postul de
depunere.
Figura 9.3. Schema polimerizrii selective cu raze
ultraviolete
Cear Platform
Lichid polimer (stratul curent)
Cap de frezat
Mas rcire cear Distribuitor
cear
Distribuitor polimer
Sistem colectare polimer rezidual
Lamp UV
Mas realizare masc
Incrcare electric
Dezvoltarea mtii tergerea mtii
-
Conf. Dr. Ing. N. Ionescu, Prof. Dr. Ing. Aurelian Vian
Tehnologii Speciale, curs, anul V TEN, 2004 2005, Cap. 9.
Tehnologii de Prototipare Rapid
Fiecare student poate realiza o singura copie a acestui
material, numai pentru uzul propriu. Orice alt multiplicare sau
utilizare, realizat fr acordul autorilor, constituie o nclcare a
legii dreptului de autor/copyright i poate fi pedepsit n baza
acesteaia.
7
Figura 9.4. Procedeele de steriolitografie i, respectiv, de
polimerizare selectiv cu raze ultraviolete [2]
9 .4 . T ipr i re n 3D - 3D Pr in t ing
Tehnologia 3D Printing este similar prototiprii SLS cu
deosebirea c laserul este nlocuit de un cap de tipul celui cu jet
de cerneal. Cea mai popular main care folosete aceast tehnologie
este maina Zcorp prezentat n figura 9.5.
Maina mprtie un strat de pulbere din cutia de alimentare care
acoper suprafaa mesei de lucru de tip piston. Un sistem special
imprim apoi soluie de ntrire pe pulberea necompactat, formnd prima
seciune transversal. Unde este injectat aceast soluie, pulberea
este lipit. Pulberea rmas este liber i susine straturile care vor
fi imprimate deasupra. Apoi, un nou strat de pulbere este mprtiat
pe suprafa i procesul se repet. Piesa se ridic strat cu strat pn
cnd reperul este terminat, complet nconjurat i acoperit de pulberea
necompactat. n final, masa de lucru de tip piston este ridicat i
pulberea n exces este aspirat, rezultnd piesa finit. Finisarea
reperelor se poate face n mai multe moduri,
respectiv prin vopsire, impreganare cu rini sau cu cear, sablare
etc.
Figura 9.5. Maina Zcorp RP
Program CAD Generare ablon
Surs de lumin
Lumin ablon
Comand
Laser Oglind
Deplasare fascicul laser XY Piesa
Suport pies
Lichid polimeric
STEREOLITOGRAFIA
Lichid polimeric
POLIMERIZAREA SELECTIV CU RAZE ULTRAVIOLETE
Lichid polimer Laser
Comand
Oglind
Sticl plan
Elevator
Elevator
1. Sticl plan
2. Sistem LCD sau LED
Suport
Surs de lumin
c.
a.
b. d.
-
Conf. Dr. Ing. N. Ionescu, Prof. Dr. Ing. Aurelian Vian
Tehnologii Speciale, curs, anul V TEN, 2004 2005, Cap. 9.
Tehnologii de Prototipare Rapid
Fiecare student poate realiza o singura copie a acestui
material, numai pentru uzul propriu. Orice alt multiplicare sau
utilizare, realizat fr acordul autorilor, constituie o nclcare a
legii dreptului de autor/copyright i poate fi pedepsit n baza
acesteaia.
8
Procedeul prezint o serie de avantaje care pot fi sintetizate
dup cum urmeaz. a. Rapiditate. Sistemul ZTM402 poate printa 25-50
mm pe or, pe direcie vertical, funcie de
pies. Pentru a estima timpul de realizare pentru un reper,
trebuie mprit dimensiunea cea mai mic a piesei, care se aeaz pe
direcie vertical, la viteza de printare mai sus menionat. De
exemplu, o pies de 51x76x104 mm se va realiza n aproximativ 90
minute.
Pentru a estima timpul de realizare pentru mai multe piese
deodat, se aranjeaz reperele n interiorul cilindrului care
constituie masa de lucru astfel nct s se minimizeze dimensiunea pe
axa Z.
b. Versatilitate. Reperele tiprite folosind Sistemul Z402 poate
fi aplicat n multe domenii industriale: piese auto, ambalri, nvmnt,
aplicaii medicale etc. n cadrul acestor industrii, piesele sunt
utilizate la verificarea i comunicarea proiectrii, precum i pentru
prezentri n faa clienilor cu procese auxiliare de finisare i
procese ulterioare, cum ar fi turnarea.
c. Simplitate. Construcia mainilor este relativ simpl. Sistemul
Z402 are un volum al incintei de construcie de aproximativ
203x254x203 mm, grosimea stratului depus poate fi variat ntre 0,076
i 0,25 mm dimensiunile echipamentului sunt 74x91x107cm iar
greutatea acestuia este de cca. 136kg
9 .5 . Modelare p r in depunere de mater ia l top i t - Fused
Deposi t ion Model ing - FDM
Ca nivel de aplicare metoda de prototipare rapid FDM se situeaz
pe locul al doilea dup Stereolitografie. Principiul de lucru are la
baz derularea unui fir din material plastic de pe o bobin i
dirijarea acestuia printr-o duz n care este topit (figura 9.6).
Duza poate regla cantitatea depus de material
plastic i este montat pe un dispozitiv comandat de un calculator
care permite deplasarea dup trei axe. Astfel, pe masa de lucru pot
fi depuse straturi succesive de material plastic topit, formndu-se
piesa cu geometria dorit. Fiecare strat se solidific imediat ce a
fost depus i se fixeaz de stratul anterior. ntregul sistem este
situat ntr-o incint meninut la o temperatur inferioar temperaturii
topire a materialului plastic. Piesa este format pe masa de lucru
ntr-o ram care este ndeprtat ulterior fiind solubil n ap.
Pentru acest procedeu exist mult mai puin materiale care pot fi
utilizate n raport cu stereolitografia sau cu sinterizarea selectiv
cu laser. Printre acestea se numr ABS i ceara utilizat pentru
realizarea modelelor de turnare uor fuzibile.
Metoda FDM nu produce zgomot i nici un fel de alte noxe. Se
preteaz la piese mici de dimensiunile a ctorva zeci de centimetri
cubi sau pentru piese paralelipipedice avnd una dintre dimensiuni
mult mai mic n raport cu celelalte dou. Procesul decurge foarte
lent pentru piese cu seciuni transversale mari.
Dei acest procedeu a fost mult mbuntit n ultimii ani este nc
departe de stereolitografie din punctul de vedere al performanelor.
Cel mai apropiat competitor al acestei metode este metoda 3D
Printing.
Figura 9.6.Schema Modelrii prin depunere de material topit
Duz de extrudare
Colac de alimentare cu fir de plastic Mas
Deplasare X-Y-Z
FirRole
Sistem de topire
Duz de depunere
Substrat
Strat depus
-
Conf. Dr. Ing. N. Ionescu, Prof. Dr. Ing. Aurelian Vian
Tehnologii Speciale, curs, anul V TEN, 2004 2005, Cap. 9.
Tehnologii de Prototipare Rapid
Fiecare student poate realiza o singura copie a acestui
material, numai pentru uzul propriu. Orice alt multiplicare sau
utilizare, realizat fr acordul autorilor, constituie o nclcare a
legii dreptului de autor/copyright i poate fi pedepsit n baza
acesteaia.
9
9 .6 . Fabr icarea de piese s tra t i f i cate - Laminated
Object Manufactur ing LOM
Procedeul LOM a fost dezvoltat ncepnd cu anul 1985 de ctre
Michael Feygin preedintele firmei
Hydronetics Inc. care, la vremea respectiv avea sediul n Chicago
iar apoi, n 1989, i-a schimbat numele n Helisys i a fost mutat n
Torrance, California. Prin acest procedeu se poate obine o mare
diversitate de piese: modele pentru turntorie, abloane de copiat,
etc.
LOM este un procedeu care construiete un obiect prin suprapunere
de folii tiate cu un fascicul laser dup conturul exterior i
interior al fiecrei seciuni i lipite ntre ele. Un computer taie o
felie subire dintr-un model 3D i o transmite mainii de prototipare
rapid sub forma unui fiier STL. Grosimea acestei felii este funcie
de grosimea materialului sub form de folie din care se realizeaz
modelul, variind ntre 0,025 i 0,13 mm.
La nceput materialul utilizat a fost hrtia care se derula de pe
un tambur, straturile fiind lipite cu un lipici termoactiv. Aa cum
se pate observa din figura 9.7, sistemul de obinere a
prototipurilor prin metoda LOM are n componen un tambur de pe care
folia de material se desfoar cu ajutorul unui mecanism de avans,
ajungnd pe o platform de lucru unde va fi construit piesa. Fiecare
nou folie este la nceput lipit prin presare cu o rol peste folia
precedent, iar apoi este tiat cu un fascicul laser. Viteza i
focalizarea fasciculului laser sunt reglate astfel nct adncimea
tieturii s corespund grosimii foliei, astfel ca stratul precedent s
nu fie afectat.
Dup ce primul strat este tiat, platforma coboar i materialul
curat nainteaz. Platforma se ridic uor sub nivelul anterior, rola
fixeaz al doilea strat de primul i laserul taie al doilea strat.
Acest proces se repet att timp ct este nevoie s se construiasc
reperul. Deoarece modelele sunt realizate din hrtie, ele trebuie n
final s fie vopsite sau lcuite pentru a preveni deteriorarea produs
de umezeal.
n ultimii ani Helisys a dezvoltat procedeul extinznd gama de
materiale prin utilizarea unor benzi cu pulberi metalice i ceramice
i prin utilizarea unor tipuri de hrtie rezistent la ap.
Piesa
Figura 9.7. Schema Fabricrii pieselor stratificate
Laser
Rol pentru lipire
Dispozitiv de poziionare X - Y
Strat superior
Platform
Deeu Rol material
Folie de material
Oglinzi
-
Conf. Dr. Ing. N. Ionescu, Prof. Dr. Ing. Aurelian Vian
Tehnologii Speciale, curs, anul V TEN, 2004 2005, Cap. 9.
Tehnologii de Prototipare Rapid
Fiecare student poate realiza o singura copie a acestui
material, numai pentru uzul propriu. Orice alt multiplicare sau
utilizare, realizat fr acordul autorilor, constituie o nclcare a
legii dreptului de autor/copyright i poate fi pedepsit n baza
acesteaia.
10
9 .7 . Modelare Mul t i -Je t - Ink -Jet Pr in t ing
Spre deosebire de celelalte metode de prototipare rapid,
Modelarea Multi-Jet se refer la o ntreag categorie de maini care
utilizeaz tehnologia Ink Jet.
Mainile de tip Sanders Prototype realizate de firma Wilton
folosesc dou jeturi (figura 9.8): unul folosete material
termoplastic uor fuzibil pentru realizarea modelului, n timp ce
cellalt utilizeaz cear pentru a forma suporturile n care se formeaz
piesele. Dup fiecare strat, o scul achietoare frezeaz suprafaa
superioar la nlime uniform. Aceasta asigur o precizie foarte bun i
permite utilizarea procedeelor n diferite aplicaii printre care i
realizarea bijuteriilor.
Firma 3D Systems a realizat, de asemenea, maini bazate pe
sistemul Multi Jet Modeling care utilizeaz o matrice cu 96 de
capete de injecie distincte care permite realizarea unor piese
complexe din materiale termoplaste.
Specialitii apreciaz c impactul pe care tehnologiile de
prototipare rapid l au astzi asupra procesului de fabricaie este
mai mare dect cel produs de comanda numeric n anii 50-60 sau cel al
prelucrrilor neconvenionale n deceniul trecut.
BIBLIOGRAFIE
1. Wohlers Terry, Rapid Prototyping Moulds the Future of
Manufacturing, Internet 2. Berbece Petru, Balc Nicolae, Jidav
Horia, Revista TCMM, nr. 32/1997, pag. 351-358,
Tehnologii de fabricare rapid a prototipurilor
Figura 9.8. Schema Modelrii Multi-Jet
Cap de frezat
Obiectul i materialele
suport
NivelulX-Y Colector de
particule
-
Conf. Dr. Ing. N. Ionescu, Prof. Dr. Ing. Aurelian Vian
Tehnologii Speciale, curs, anul V TEN, 2004 2005, Cap. 9.
Tehnologii de Prototipare Rapid
Fiecare student poate realiza o singura copie a acestui
material, numai pentru uzul propriu. Orice alt multiplicare sau
utilizare, realizat fr acordul autorilor, constituie o nclcare a
legii dreptului de autor/copyright i poate fi pedepsit n baza
acesteaia.
11
9.8. PROCEDEE DE PROTOTIPARE RAPID BAZATE PE DEFORMARE
PLASTIC
9.8.1. Procedeul Laserforming
Procedeul de prelucrare prin deformare plastic cu ajutorul
laserului, cunoscut sub denumirea LASERFORMING, const n deformarea
semifabricatelor plane sau a evilor cu ajutorul unei raze laser
urmat la o anumit distan s de un jet de rcire cu ap sau cu gaz
(fig. 9.9). Acest procedeu, inventat i introdus n SUA n anul 1992
de profesorul Henryk Franckiewicz de la Institutul de Cercetri
Tehnologice Fundamentale al Academiei de tiine din Varovia, a
cunoscut n ultimii zece ani o larg rspndire la realizarea unor
prototipuri cu forme complexe n producie de serie mic i pentru
realizarea unor repere dificil de realizat prin procedee
clasice.
Raz Laser
Jet de rcire
Figura 9.9. Principiul prelucrrii prin deformare plastic cu
laser
Schema de principiu a unei instalaii de prelucrare prin
deformare cu laser este prezentat n figura 9.11.
Elementele componente ale unei astfel de instalaii sunt: 1 -
laserul cu CO2, cu puterea de 2,5 kW; 2 - masa de lucru cu
poziionare n coordonate X Y; 3 - cap laser cu pozitionare dup
direciile z i ; 4 dispozitiv ce permite deplasarea piesei dup dou
axe, W i ; 5 sistemul de rcire; 6 echipament pentru controlul
formei piesei; 7 echipament pentru controlul temperaturii; 8
computer i soft pentru controlul sistemului.
Parametrii procesului - puterea razei laser, viteza de deplasare
a fasciculului sau a piesei, distana s dintre raza laserului i
jetul de rcire etc., depind de proprietile, grosimea i forma
semifabricatului (plan sau tubular), de forma care urmeaz a fi
obinut i de precizia dorit (fig. 9.12). Aceti parametri sunt
controlai cu ajutorul calculatorului 8.
Raza laserului penetreaz parial materialul, producnd nclzirea
acestuia la o temperatur controlat. Rcirea intens a materialului
provoac contracii ale acestuia determinnd ndoirea lui conform
formei dorite.
n funcie de unghiul de ndoire, caracteristicile materialului i
puterea razei laserului pot fi necesare una sau mai multe treceri.
De exemplu, la un laser cu puterea de 2,5 kW i o grosime a
materialului de 10 mm, se pot obine unghiuri de ndoire de 0,75,20,
n funcie de material.
-
Conf. Dr. Ing. N. Ionescu, Prof. Dr. Ing. Aurelian Vian
Tehnologii Speciale, curs, anul V TEN, 2004 2005, Cap. 9.
Tehnologii de Prototipare Rapid
Fiecare student poate realiza o singura copie a acestui
material, numai pentru uzul propriu. Orice alt multiplicare sau
utilizare, realizat fr acordul autorilor, constituie o nclcare a
legii dreptului de autor/copyright i poate fi pedepsit n baza
acesteaia.
12
Figura 9.11. Schema de principiu a unei instalaii de prelucrare
prin deformare cu laser n figura 9.12 sunt prezentate cteva exemple
semnificative de piese obinute prin procedeul
LASERFORMING.
Figura 9.12. Exemple de piese prelucrate prin procedeul
LASERFORMING
-
Conf. Dr. Ing. N. Ionescu, Prof. Dr. Ing. Aurelian Vian
Tehnologii Speciale, curs, anul V TEN, 2004 2005, Cap. 9.
Tehnologii de Prototipare Rapid
Fiecare student poate realiza o singura copie a acestui
material, numai pentru uzul propriu. Orice alt multiplicare sau
utilizare, realizat fr acordul autorilor, constituie o nclcare a
legii dreptului de autor/copyright i poate fi pedepsit n baza
acesteaia.
13
Principalele avantaje ale procedeului LASERFORMING sunt
considerate a fi urmtoarele: Combinarea procedeelor de tiere i de
deformare plastic cu raz laser, prin
modificarea intensitii razei laser, pe baza creia se creaz
posibilitatea obinerii diferitelor repere cu forme de mare
complexitate;
Posibilitatea utilizrii procedeului pentru mai multe tipuri de
prelucrri, respectiv pentru deformare de ndoire, ambutisare, tiere,
ct i pentru ndreptarea tablelor deformate dup sudur.
9.8.2. PROCEDEUL DUALFORM
A. Principiul prelucrrii
Sistemul DUALFORM este un sistem de matriare de nalt
flexibilitate care presupune realizarea simultan a poansonului i a
plcii active (poz. 3 i respectiv 4 din fig. 9.13) chiar pe presa pe
care urmeaz s se desfoare deformarea, prin solidificarea unui aliaj
special cu punct de topire cobort (140 0C) situat n interiorul
batiului presei. Dup utilizare sculele sunt topite n interiorul
presei iar materialul este refolosit pentru realizarea unei noi
perechi de scule.
B. Elemente componente
Aliajul special din care se realizeaz sculele, patentat de firma
productoare (firma RHODES-Marea Britanie), denumit Jewelite BP,
reprezint 30% din costul total al presei. El nu se consum i nu este
scos niciodat n afara presei pe perioada de exploatare a acesteia.
n afar de aliajul special uor fuzibil dar cu mare rezisten mecanic
pentru realizarea unei perechi de scule mai sunt necesare o serie
de elemente, dup cum urmeaz (fig.9.13.).
1
2
3
4
Figura 9.13. Pres de prelucrare DUALFORM
a. Un model cu forma dorit. Acesta poate fi o cochil din pnz de
sticl acoperit cu straturi de rini care s reziste la temperatura
maxim a aliajului de 155 0C, poate fi realizat din metal atunci cnd
astfel rezult mai ieftin sau poate fi chiar o pies existent.
b. O plac de matri (1) confecionat din oel moale, cu grosimea de
10 mm, avnd un contur central decupat corespunztor formei piesei cu
raze de racordare pentru a proteja marginile poansonului i ale
matriei formate prin solidificarea aliajului.
-
Conf. Dr. Ing. N. Ionescu, Prof. Dr. Ing. Aurelian Vian
Tehnologii Speciale, curs, anul V TEN, 2004 2005, Cap. 9.
Tehnologii de Prototipare Rapid
Fiecare student poate realiza o singura copie a acestui
material, numai pentru uzul propriu. Orice alt multiplicare sau
utilizare, realizat fr acordul autorilor, constituie o nclcare a
legii dreptului de autor/copyright i poate fi pedepsit n baza
acesteaia.
14
c. O plac de reinere a semifabricatului (2) confecionat, de
asemenea, dintr-un oel moale cu grosimea de 2550 mm, avnd decupat
un contur interior de forma modelului, foarte bine finisat pe
ambele pri.
d. O plac de ancorare avnd rolul de a fixa poansonul
solidificat, fixat de berbecul presei cu ajutorul unor uruburi
T.
C. Avantajele i limitele tehnologiei DUALFORM
Avnd n vedere flexibilitatea foarte mare, tehnologia DUALFORM
prezint o serie de avantaje care pot fi sintetizate dup astfel:
a. Timpul foarte redus de realizare a sculelor cuprins ntre 4 i
6,5 ore, format din timpul efectiv de realizare a poansonului i
matriei (2,, 3,5 ore) i timpul de topire a materialului (2,3) ore.
Astfel forma caroseriei unui automobil, de exemplu, se poate
modifica, practic, de pe o zi pe alta;
b. Sculele sunt realizate chiar n poziia de lucru, pe pres,
aliniate i reglate, gata de lucru nefiind necesare reglaje, ajustri
sau probe;
c. Forma sculelor poate fi modificat prin topirea sculelor
existente, nlocuirea modelului i realizarea prin solidificare a
unei noi perechi de scule n doar cteva ore;
d. n atelierele de prelucrare prin deformare plastic la rece,
prin utilizarea tehnologiei DUALFORM, spaiul de depozitare a
sculelor se reduce cu cca 90%;
e. Presiunea reglabil a plcii de reinere i vitez de presare
variabil; f. Pot fi prelucrate prin deformare toate tipurile de
materiale de la aluminiu pn la aliaje de
titan. Procedeul DUALFORM prezint, de asemenea, o serie de
limite. Astfel, durabilitatea
sculelor este limitat de forma acestora i de natura materialului
prelucrat. n general, cu un set de scule pot fi prelucrate prin
deformare cteva mii de piese iar grosimea maxim a tablei n cazul
deformrii oelului este de 3,5 mm.
La o analiz atent aceste limite ale procedeului nu pot fi
considerate dezavantaje. Dac lum n considerare durabilitatea
limitat a unui set de scule, n cazul prelucrrii unor loturi de
piese mai mari, dup atingerea uzurii maxime admise sculele pot fi
topite i refcute identic, cu acelai ablon n doar cteva ore. De
asemenea, nici grosimea tablei limitat la 3,5 mm n cazul oelurilor
nu constituie un dezavantaj deoarece, n domeniile n care se aplic
tehnologia DUALFORM (vezi punctul D) cele mai frecvent utilizate
grosimi de material sunt cuprinse ntre 0,5 i 2 mm.
D. Principalele utilizri industriale ale tehnologiei
DUALFORM
n prezent tehnologia DUALFORM se utilizeaz n special pentru
prototipare rapid sau pentru producia de serie mic i mijlocie n
diverse domenii precum: radiatoare de automobile (35%), diferite
componente ale caroseriei autovehiculelor (14%), diferite repere
din industria aerospaial (11%), producia de motociclete (4%),
bunuri de folosin ndelungat (4%), diferite utilizri n mici ateliere
(24%), ndoire de evi i racorduri (2%) i alte utilizri (6%).
E. Ciclul de lucru prin procedeul DUALFORM
n general prelucrarea prin procedeul DUALFORM se realizeaz n
zece etape astfel:
-
Conf. Dr. Ing. N. Ionescu, Prof. Dr. Ing. Aurelian Vian
Tehnologii Speciale, curs, anul V TEN, 2004 2005, Cap. 9.
Tehnologii de Prototipare Rapid
Fiecare student poate realiza o singura copie a acestui
material, numai pentru uzul propriu. Orice alt multiplicare sau
utilizare, realizat fr acordul autorilor, constituie o nclcare a
legii dreptului de autor/copyright i poate fi pedepsit n baza
acesteaia.
15
1. Aliajul din baie este topit prin nclzire electric la
temperatura de 1400C care, n condiiile date poate fi considerat o
temperatur foarte cobort;
2. Placa de ancorare este montat n berbecul principal cu
ajutorul unor uruburiT fixate n partea superioar;
3. Placa matriei i ablonul sunt poziionate n baia cu metal topit
iar cavitatea sablonului se umple cu aliaj topit prin intermediul
gurilor existente n partea inferioar a ablonului;
4. Aliajul din baie este ridicat la nivelul corespunztor prin
suflare cu aer n cuva auxiliar; 5. Berbecul presei este cobort pn
ce placa de ancorare este imersat pe jumtate n aliajul
topit din interiorul ablonului; 6. Apa sau aerul de rcire este
circulat pe suprafaa bii pn la solidificarea aliajului; 7. Dup
solidificarea aliajului se ridic poansonul avnd fixat pe el aliajul
solidificat din
interiorul modelului care constituie de fapt poansonul; 8. Se
extrage apoi modelul lund natere matria; 9. Sculele sunt curate de
bavurile rezultate datorit gurilor practicate n model pentru
umplerea acestuia cu metal topit;
10. nceperea procesului de prelucrare la fel ca n cazul
prelucrrii cu scule normale.
9.8.3. PROCEDEUL DE DEFORMARE CU POANSOANE MULTIPLE
A. Definirea procedeului
Una dintre cele mai importante probleme care se ridic la
realizarea mijloacelor tehnologice de prelucrare prin deformare
plastic la rece cu flexibilitate ridicat o constituie obinerea unor
poansoane i plci active de mare flexibilitate. n prezent, exist pe
plan mondial numeroase soluii constructive pentru creterea
flexibilitii poansoanelor i plcilor active, ncepnd de la cele
aflate nc n stadiul de model experimental dar cu mare perspectiv de
dezvoltare industrial i terminnd cu cele consacrate, larg utilizate
n practica industrial, care au fcut deja dovada flexibilitii i
eficienei lor, astfel nct s poat fi utilizate pentru prototipare
rapid. Prezentul subcapitol i propune s una dintre realizrile
importante din acest domeniu.
Sistemul de matriare cu elemente active universale punctiforme,
realizat n anul 1993 de Massachusetts Institute of Technology
(Cambridge, Massachusetts), este un sistem de nalt flexibilitate de
prelucrare prin deformare plastic la rece a tablelor prin
programarea cu calculatorul i materializarea discret a formei
suprafeei piesei folosind un set universal de scule (fig.
9.15).
B. Principiul de lucru
Locul geometric al vrfurilor poansoanelor constituie forma
suprafeei ce trebuie obinut. Forma real a piesei este permanent
comparat cu forma impus, programat, prin intermediul unui sistem de
reglare automat cu bucl nchis.
-
Conf. Dr. Ing. N. Ionescu, Prof. Dr. Ing. Aurelian Vian
Tehnologii Speciale, curs, anul V TEN, 2004 2005, Cap. 9.
Tehnologii de Prototipare Rapid
Fiecare student poate realiza o singura copie a acestui
material, numai pentru uzul propriu. Orice alt multiplicare sau
utilizare, realizat fr acordul autorilor, constituie o nclcare a
legii dreptului de autor/copyright i poate fi pedepsit n baza
acesteaia.
16
Formacerut
Abateride form
Controlulformei
Suprafaasculei
Materialulpiesei
Formapiesei
Msurareaformei
Sistem de control cu bucl nchis
Piesa
Neopren sauElvax
Pres cu scule multiplepunctiforme
Noua form apiesei
Abateri de formale piesei
Msurarea pieseiControl
Schimbarea formei sculelor
Figura 9.15. Schema sistemului flexibil de deformare a tablelor
folosind un set de scule universale punctiforme prin programarea
discret a suprafeei
Sculele speciale programabile poansonul i matria, fiecare avnd o
arie de deformare de 92900 mm2 (1 sqft), sunt materializate
printr-o mulime de poansoane de mici dimensiuni, fiecare avnd cap
semisferic cu aria de 161 mm2 (1/4 sqinch) i montate ntr-o caset
special acionat cu o for de 30 tf pe o pres hidraulic avnd cursa de
lucru n plan orizontal datorit dimensiunilor sistemului de scule. n
vederea stabilirii poziiei acestora, poansoanele sunt acionate de
servomotoare, fiecare servomotor acionnd o coloan format dintr-un
anumit numr de poansoane. Timpul necesar stabilirii poziiei
poansoanelor care materializeaz forma suprafeei deformate este
direct dependent de complexitatea acestei suprafee.
Pentru ca suprafaa piesei finite s aib un nalt grad de finisare,
poansoanele nu trebuie s vina n contact direct cu materialul de
lucru. Pentru aceasta ntre poansoane i materialul ce trebuie
deformat se aeaz un material elastic special care asigur
uniformizarea presiunii exercitate de poansoane asupra piesei, cu
grosimea de cca. 6 mm care poate fi NEOPREN sau ELVAX (ethilene
vinyl acetate).
Sistemul de control activ se bazeaz pe msurarea suprafeei
piesei, compararea datelor obinute cu cele impuse prin programarea
suprafeei, determinarea erorilor i modificarea, dac este cazul, a
poziiei poansoanelor n vederea realizrii unei noi operaii de
deformare. De obicei, forma final a piesei este obinut n patru
etape. n primele dou etape se realizeaz piesa la o form ct mai
apropiat de cea final. Dup aceste dou etape forma piesei este
msurat iar datele acestei msurtori sunt transmise unui calculator
care le compar cu cele programate. Funcie de erorile constatate
calculatorul comand modificarea poziiei poansoanelor iar corectarea
formei piesei se face n alte dou etape n care se face de fapt o
calibrare rezultnd o mare precizie de prelucrare. Eroarea maxim la
poziionarea poansoanelor este de 0,075 mm iar eroarea maxim de
prelucrare este cuprins ntre 0,025 i 0,6 mm funcie de complexitatea
formei suprafeei, grosimea i calitatea materialului prelucrat.
n prezent cercetrile laboratorului Massachusetts Institute of
Technology sunt ndreptate n trei direcii principale: mrirea
numrului de poansoane care materializeaz fiecare scul fapt ce
determin creterea preciziei de prelucrare, creterea ariei de
deformare i micorarea timpului total de prelucrare.
-
Conf. Dr. Ing. N. Ionescu, Prof. Dr. Ing. Aurelian Vian
Tehnologii Speciale, curs, anul V TEN, 2004 2005, Cap. 9.
Tehnologii de Prototipare Rapid
Fiecare student poate realiza o singura copie a acestui
material, numai pentru uzul propriu. Orice alt multiplicare sau
utilizare, realizat fr acordul autorilor, constituie o nclcare a
legii dreptului de autor/copyright i poate fi pedepsit n baza
acesteaia.
17
9.9. APLICAII ALE PROTOTIPARII RAPIDE N MEDICIN
Prezentare curs