Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Rapid prototyping pro díly z polyamidu
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Rapid prototyping pro díly z polyamidu

Při stavbě prototypových dílů v automobilovém, elektrotechnickém či spotřebním průmyslu lze často s výhodou využít metod rapid prototypingu. Jednou z nejmodernějších technologií je stavba modelu spékáním práškového polyamidu pomocí laseru.

Společnost Datasys počátkem letošního roku dovezla moderní laserový spékací stroj Eosint P 360, vyrobený německou firmou EOS. Stroj byl instalován na pracovišti firmy Datasys v Mladé Boleslavi a v současné době jde o jediný stroj svého druhu v České republice. V průběhu května bylo pracoviště rapid prototypingu představeno zástupcům odborného tisku.

Materiál pro výrobu modelů

Ke stavbě modelů se používá velmi jemný polyamidový prach o velikosti zrn 12 ÷ 80 µm. Polyamid je možno použít buď čistý, nebo plněný sklem. Čistý materiál se vyznačuje vyšší pružností a je také dražší. Plněný materiál je křehčí, zato však umožňuje dosažení přesnějšího tvaru. Velkou výhodou polyamidových modelů je jejich tvarová stálost. Zatímco trvanlivost modelů zhotovených z pryskyřice tradičními metodami stereolitografie je asi jeden měsíc, polyamidový model zachová tvar minimálně půl roku až jeden rok. V optimálních podmínkách vydrží bez degradace až 5 let.
Na stroji Eosint P 360 lze také zpracovávat práškový polystyren, který se používá ke tvorbě modelů na vytavitelná jádra. Podmínkou je ovšem zpracování na jiném pracovišti, nejlépe v oddělené místnosti, neboť je třeba zabránit přimísení druhého z obou materiálů.

Data pro tvorbu modelu

Základem pro zhotovení polyamidového modelu jsou 3D data vytvořená pomocí CAD programu, na jejichž kvalitě závisí i kvalita výsledného modelu. Především je třeba, aby model byl v konstrukčním programu vytvořen jako tzv. solid, tedy plné těleso. Je třeba mít na paměti, že pokud by byl tvar tělesa vymezen pouze plochou, představovalo by to ve skutečnosti stěnu nulové tloušťky. Rovněž jakékoliv nepřesnosti, ať jde o neuzavření tvarů či o přechodové plochy složené z dílčích elementů, by se projevily i na reálném modelu.
Před započetím práce se CAD data převedou do formátu STL a provede se jejich kontrola, která spočívá v ověřování celistvosti řezů vedených virtuálním modelem. Při nalezení chyb je možné provést potřebné opravy. V zásadě lze použít data vytvořená libovolným 3D konstrukčním programem, výborné zkušenosti jsou například se softwarem CATIA, u něhož převod probíhá zcela korektně. Na druhou stranu ne každý CAD si dokáže s exportem dat správně poradit. Základní kontrolu si může provést konstruktér zpětným importem exportovaných dat do svého CAD programu. Pokud zákazník nemá k dispozici potřebný software, může konstrukci modelu zadat přímo společnosti Datasys.

Spékání modelu

Vlastní spékání modelu neboli lasersintering se provádí na laserovém spékacím stroji Eosint P 360. Doprostřed spodního prostoru stroje se vloží kontejner o půdorysu 340 x 340 mm a výšce 620 mm, jehož rozměry zároveň vymezují pracovní prostor. Kontejner je opatřen pohyblivým dnem, které tvoří pracovní desku, jež je na začátku spékání ustavena v horní poloze. V horní polovině stroje jsou po obou stranách umístěny zásobníky s práškovým polyamidem, který je střídavě z obou stran nanášen na pracovní plochu pohyblivou násypkou. Vlastní laser o výkonu 20 W s optickým systémem je umístěn v horní části stroje. Postup spékání lze kontrolovat na monitoru řídicího počítače a průhledovým okénkem do pracovního prostoru stroje.
Proces začíná ohřevem vnitřních prostor stroje na teplotu 178 ÷ 180 °C, což je asi 2 °C pod tavicí teplotou polyamidu. Potom je na pracovní desku nanesena první vrstva zahřátého polyamidu a deska se posune o stanovený krok dolů. Po nanesení několika vrstev jako základu laserový paprsek postupně nataví první vrstvu modelu, ke které se v následujících krocích připékají další vrstvy. Paprsek laseru postupuje tak, aby po sobě následující vrstvy byly vytvářeny ve směru pootočeném o 90°. Výška jedné vrstvy je obvykle 0,15 mm, stroj umožňuje nastavit i hodnoty 0,10 nebo 0,20 mm. Nespečený prášek přitom zůstává v kontejneru mezi spečeným materiálem a tvoří stavební podporu. Tímto způsobem lze vyrobit i tvary nedosažitelné pomocí obrábění. Po dokončení modelu následuje řízené ochlazování. Kontejner lze ze stroje vyjmout při teplotě 80 °C a nižší a hotové díly lze z kontejneru vyjmout při 60 °C - vhodnější je ovšem vyčkat na úplné vychlazení na teplotu kolem 25 °C. Hotové modely se očistí od prášku tlakovým vzduchem a případně otryskají. Zbylý prášek se vytřídí a po přidání nového materiálu jej lze znovu použít. Vytříděný odpad ještě poslouží k otryskání modelů.
Při spékání je třeba udržet pracovní teplotu uvnitř stroje. Proto je pro případ výpadku proudu používán záložní zdroj. Lasersintering probíhá v dusíkové atmosféře, což zabraňuje zežloutnutí, vznícení a degeneraci materiálu.

Vlastnosti modelů

Stavbu modelů lze provádět naplocho, což je rychlejší, anebo na výšku, což umožňuje dosažení kvalitnějšího povrchu. Při volbě polohy je vhodné přihlédnout k funkčním požadavkům na jednotlivé plochy modelu. Dosahovaná přesnost je ± 0,05 mm. Je-li třeba vytvořit větší model, než je pracovní prostor kontejneru, rozdělí se na dvě části. Přitom lze zvolit vhodnou dělicí rovinu či vytvořit zámky. Obě části je možné slepit sekundovým lepidlem a spoj poté vytmelit. Hotové modely se mohou brousit, lakovat či opatřit ozdobnou povrchovou fólií. Model zhotovený z polyamidu snese teplotu 120 až 140 °C.
Cena modelu závisí na době stavby. Za 1 hodinu se postaví asi 1 cm do výšky. Není-li využit celý pracovní prostor, lze při jednom procesu zhotovit větší množství stejných i různých modelů či vytvořit několik variant. Výhodou metod rapid prototypingu je, že není třeba zhotovovat a upravovat formy pro výrobu několika prototypů či zkušebních vzorků. Popsaná technologie se vyplatí přibližně do výroby 20 kusů. Vyrobené modely se používají pro ověření funkčnosti a vzhledu výrobků bílé techniky, různých krytů, tužek, vypínačů, součástí automobilů, hraček atd.

Další články

CAD/CAM/CAE/CIM
Technologie zpracování pryže/ plastů
Nekonvenční technologie

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky














Sledujte nás na sociálních sítích: