POLIMER TERMÉKEK KISSZÉRIÁS GYÁRTÁSA

Átírás

1 B4 BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR POLIMERTECHNIKA TANSZÉK POLIMER TERMÉKEK KISSZÉRIÁS GYÁRTÁSA A JEGYZET ÉRVÉNYESSÉGÉT A TANSZÉKI WEB OLDALON KELL ELLENŐRIZNI!

2 A LABORGYAKORLAT HELYSZÍNE AZ MT ÉPÜLET! TARTALOMJEGYZÉK 1. A GYAKORLAT CÉLJA ELMÉLETI HÁTTÉR AZ STL FÁJL FORMÁTUM ADDITÍV GYÁRTÁSTECHNOLÓGIÁK KISSZÉRIÁS TERMÉKGYÁRTÁS REAKTÍV FRÖCCSÖNTÉS A LABORGYAKORLAT SORÁN HASZNÁLT GÉPEK, BERENDEZÉSEK A TÉMÁHOZ KAPCSOLÓDÓ FONTOSABB SZAVAK ANGOLUL, NÉMETÜL AJÁNLOTT IRODALOM MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV Polimer termékek kisszériás gyártása 2/21

3 1. A gyakorlat célja A gyakorlat elsődleges célja a kisszériás gyártástechnológiák, valamint az ehhez szükséges gyors szerszámozási technológiák, megismerése. Tanulmányozandók a gyakorlat során az additív gyártórendszerek, azon belül a 3D nyomtató, az FDM, az SLA, valamint az PolyJet berendezések és azok részegységei, valamint a kisszériás gyártástechnológiákhoz kapcsolódó alapanyagok és azok tulajdonságai. 2. Elméleti háttér Napjaink egyre gyorsuló világában a tervezési és gyártási folyamatoknak is együtt kell haladni a korral. Ennek köszönhetően gyártmányfejlesztés hagyományos módját, amelyben az egyes tervezési és gyártási folyamatok egymást követték, átvette az egyidejű, úgynevezett szimultán tervezés. Igen nagy szerepe van a tervezési folyamatban a gyorsaságnak, amelyet a gyors tervezés közbeni ellenőrzésekkel érhetünk el. Ezeknek az ellenőrzéseknek az alapját a prototípusok jelentik, amelyekkel elvégezhetjük a kívánt vizsgálatokat. A 3D-s számítógépes tervezés ma már elengedhetetlen a korszerű polimer alkatrésztervezésben. A számítógéppel tervezett test láttatására gyakran alkalmazzák a különböző számítógépes térbeli megjelenítéseket, amelyeknek ma már igen széles választéka áll rendelkezésünkre. Ez a megjelenítési forma lehetővé teszi a virtuális térben létező test szemléltetését, geometriai és mechanikai vizsgálatát is, azonban egy kézzel fogható modell (prototípus) gyakran elengedhetetlen a terv teljes átlátására. A 80-as évek második felétől kezdődően, a mérnökök rendelkezésére állnak olyan prototípuskészítési technológiák (ún. additív gyártástechnológiák), amelyek lehetővé teszik, hogy a CAD rendszerekkel tervezett 3D-s modelleket közvetlenül, valós fizikai modellé transzformálják. Az additív gyártástechnológiák alkalmazásának két fő célja lehet, az egyik a gyors prototípusgyártás (RPT), a másik pedig a kisszériás termékgyártás (1. ábra). Gyors prototípusgyártás tekintetében két esetet különböztethetünk meg. Az első, amikor a termék megjelenését, külsejét szeretnénk megvizsgálni (vizuális modell), valós 3D-s formában szeretnénk kézbe venni. Erre a forma (design) kialakítása közben van nagy szükség, amikor még nem a funkció teljesítését vizsgáljuk. Ebben az esetben tehát nem az a cél, hogy a mintánk egy az egyben funkcionálisan megegyezzen a jövőbeli termékünkkel, hanem csak az, hogy geometriailag pontosan utánozza azt. Polimer termékek kisszériás gyártása 3/21

4 1. ábra: Additív gyártástechnológiák alkalmazási területei A második eset, amikor a modell éppen a funkció vizsgálatának céljából készül (funkcionális modell). Ebben az esetben jóval nagyobbak a modellel szemben támasztott követelmények, hiszen itt nem csak a látszat számít, hanem a szilárdság, merevség és egyéb fizikai jellemzők, valamint a geometriai méretpontosságoknak is nagyobb a jelentősége. Számos esetben követelmény lehet az is, hogy a prototípus még anyagában is megegyezzen a tervezett termék jövőbeli anyagával. A kisszériás termékgyártás tekintetében három esetet érdemes elkülöníteni. E szerint a kívánt termékek előállíthatóak közvetlen gyártással, ahol a berendezések a végső terméket hozzák létre. Gyakran alkalmazzák azonban az additív technológiákat szerszámok létrehozására is. Itt további két csoportot különböztethetünk meg. Direkt szerszámozás esetén közvetlenül szerszámot (pl: fröccsöntő szerszámbetét), míg indirekt szerszámozás esetén a termékkel megegyező geometriájú ősmintát (mestermintát) hozzuk létre ily módon, és a szerszámot ennek segítségével állítjuk elő (pl: gravitációs öntés esetén) Az STL fájl formátum Az additív gyártástechnológiák közös jellemzője, hogy minden esetben szükség van a gyártani kívánt termék virtuális (3D-s) modelljére. 3D-s modell előállítására többféle lehetőségünk van, készíthetjük modellező szoftverrel, már meglévő tárgyat 3D szkennelhetünk, vagy készíthetjük CT, vagy MRI felvételek alapján is (2. ábra). Mivel az additív gyártástechnológiák rétegről-rétegre Polimer termékek kisszériás gyártása 4/21

5 építik fel a terméket, ezért szükséges a 3D-s modellünk felületének ismerete, majd a modell rétegvastagságnak megfelelő szeletekre történő darabolása. Erre szolgálnak a prototípus berendezések saját programjai, amelyek szabványos bemenete az STL (Standard Tessellation Language). 2. ábra Additív gyártástechnológia folyamat ábrája Az STL fájl felületleíró adatformátum, amely kapcsolatot teremt a CAD rendszerek és RPT rendszerek között. Az STL fájl háromszögek segítségével írja le a felületet. Minden egyes háromszög esetén definiálja a csúcsponti koordinátákat mind a három irányban (x,y,z) valamint a hozzá tartozó normál vektort. A normálvektor iránya adja meg, hogy a modell felületének melyik részét nyomtatjuk. Általánosan a normál vektornak minden esetben a felületből kifelé kell mutatnia. Az STL fájl kétféle lehet, bináris formátumú vagy ASCII szöveges formátumú. Mindkét formátum tulajdonképpen egy lista a számítógéppel tervezett testmodell felületét leíró háromszögekről. Az STL fájlok generálásánál a CAD programok két paraméter figyelembevételével készítik el a modell felületén a háromszögeket (3. ábra). Az egyik a húrhiba, ami a legnagyobb távolság, amely a valóságos kontúr és a generált háromszögek között lehet (D), a másik az a legnagyobb központi szög, amely a kontúrt közelítő élhez húzható (gamma). D 3. ábra. Az STL fájl értelmezése (D húrhiba, gamma legnagyobb központi szög) Az STL fájl, lévén egy közelítéses módszer, ezért 100%-ban sosem fogja tudni visszaadni (kivéve a síklapokkal határolt esetekben) a 3D modellt, továbbá egyes CAD rendszerek nem képesek megfelelően generálni az STL fájlt, így előfordulhatnak helyi problémák, hibák a felületi közelítés folyamán. Ilyen hibák lehetnek a hálón keletkező rések, illetve felület hiányok, felülettorzulások, Polimer termékek kisszériás gyártása 5/21

6 felületek átlapolódása, alul- vagy túlhatározott pont, vonal, illetve felület. Az előbbiekben felsorolt hibáknak a javítása azonban ma már nem jelent gondot, mivel számos célszoftver létezik, mint például a Materialise cég Magics RP programja. Az STL fájlok előnyei között érdemes megemlíteni, hogy ez az egyik legegyszerűbb módja a 3D CAD modellek ábrázolására, a legtöbb RPT berendezés bemenete ezt a formátumot részesíti előnyben, valamint ezzel az eljárással a legkönnyebb a geometriai alakokat adatfájlba transzformálni. Hátrányai közé sorolható hogy a fájl mérete esetenként nagyobb lehet, mint maga a CAD fájl, ami a leírás módjából adódik Additív gyártástechnológiák Amíg a legtöbb gyártástechnológia lebontó jellegű, azaz a kívánt geometria előállítását az alapanyag eltávolításával forgácsolás, marás érik el, addig az additív gyártástechnológiák esetén a kívánt alakot rétegről-rétegre (layer-by-layer) anyaghozzáadás (additive) útján hozzák létre. Az additív gyártástechnológiákat (AM technológiák) többféle szempont szerint lehet csoportosítani, leginkább elfogadott a felhasznált alapanyagok szerinti csoportosításuk (4. ábra). 4. ábra RPT technológiák csoportosítása alapanyagok szempontjából Napjainkban elterjedtnek mondható a folyadék alapú additív gyártástechnológia, amely tipikusan polimer alapú anyagokat jelent, egyrészről a sugárzás hatására térhálósodó anyagok (fotopolimerek) felhasználásával (SLA - sztereolitográfia), másrészről az egyszerűbb termoplasztikus anyagok alkalmazásával (FDM - ömledékrétegzés). Ez utóbbi az anyag megolvasztását, majd újra Polimer termékek kisszériás gyártása 6/21

7 megszilárdítását jelenti. További technológiák por alakú alapanyagból építik fel a modellt, az egymás melletti részecskék összeolvasztásával (SLS szelektív lézer-szinterezés), esetleg valamilyen ragasztóanyaggal való egyesítéssel (3D printing). Léteznek ezen kívül olyan technológiák, amelyek rétegezéssel, lapokból hozzák létre a prototípust. A legegyszerűbb ezek közül, amikor lapokat (általában: papírlapokat) vágunk megfelelő méretre, majd összeragasztjuk azokat (LOM réteges kivágás és felépítés) D printing technológia A 3D Printing eljárást az MIT (Massachusetts Institute of Technology) kutatói fejlesztették ki, főleg prototípusok előállítására, valamint valós termékek rugalmas gyártására, az utóbbi időben azonban direkt szerszámkészítésre és precíziós öntőformák előállítására is alkalmazzák. Ezzel a technológiával előállítható bármilyen alakú modell, szinte bármilyen anyag felhasználásával. Ezek az anyagok lehetnek kerámiák, polimerek, fémek, vagy akár kompozitok is. A legtöbb technológiához hasonlóan itt is rétegenként alakítják ki a modellt, a számítógépen elkészített 3D-s modell szeletekre bontásával. A rétegek építése az előzőleg elkészült modellrétegekre történő porfelvitellel kezdődik (5. ábra). 5. ábra 3D Printing működési elve Az ink-jet nyomtatókhoz hasonlóan működő berendezés az adott rétegben, ahol a modell elhelyezkedik, kötőanyagot helyez el, így kialakítva az adott réteg geometriáját. Ezután a munkaasztal egy mozgató mechanika segítségével lesüllyed egy rétegnyit, ezzel helyet adva a következő réteg számára felviendő por számára. Egy terítőhenger ezután egyenletes rétegvastagságot alakít ki a porból. Ezeket a lépéseket addig ismétli a berendezés, amíg a darab Polimer termékek kisszériás gyártása 7/21

8 teljes kialakítása meg nem történik. A darab a végleges formáját a felesleges (meg nem kötött) por eltávolítása, valamint utókezelés (gyantával történő átitatás, hőkezelés) után nyeri el. Az eljárás gyors, egyszerű, olcsó és megbízható. Mivel a terméket por veszi körül, így alátámasztást nem igényel, gyártást követően pedig abból ismét lehet nyomtatni. Hatalmas előnye, hogy igen gyorsan lehet vele előállítani kerámia öntőformákat precíziós öntéshez. Hátrány viszont, hogy utólagos kezelés szükséges, pontossága és mechanikai tulajdonságai korlátozottak és a belső felületekhez nem lehet hozzáférni. (Megértést segítő videó) FDM - ömledékrétegezés Az FDM technológiát a Stratasys cég szabadalmaztatta. Működési elve, hogy a berendezés a szál formátumú hőre lágyuló polimert (filamentet) bevezeti az extruderfejbe (6. ábra), ott megolvasztja azt, majd egy szűk fúvókán sajtolja keresztül a modelltérbe, ahol összeheged az előző réteggel és megszilárdul. A technológia szempontjából kritikus kérdés a megfelelő átmérőjű filament alkalmazása, mert egyrészről ez biztosítja a szükséges alapanyag utánpótlást, másrészről pedig mintegy dugattyúként kitolja a maga előtt a már ömledék állapotban lévő anyagot. Ennek a kettős funkciónak a biztosítását szolgálja a megfelelően kialakított extruderfej (6. ábra). a) b) 6. ábra FDM gyártástechnológia a) működési elv; b) az extruderfej felépítése Jól látható, hogy a szál csak a fúvóka környezetében olvad meg, így a fölötte lévő hűtött filament, mint egy dugattyú, át tudja tolni maga előtt a fúvókán a megolvadt anyagot. A fej x-y síkban történő mozgása során építi fel a modell egy rétegét. Fontos tényező az anyag megfelelő adhéziója mind az Polimer termékek kisszériás gyártása 8/21

9 asztalhoz (első réteg esetén), mind pedig az előzőleg legyártott réteghez. A megfelelő adhéziót a feldolgozásra kerülő alapanyag szempontjából megfelelő hőmérséklet és nyomás megválasztásával lehet létrehozni. A hőt az ömledék biztosítja, míg a nyomást a megfelelő előtolással hozza létre a berendezés. A porfürdő hiányában szükség lehet támaszanyagra (6. ábra), ami többnyire a modell saját anyagából kerül létrehozásra, de van lehetőség a modell anyagától eltérő támaszanyag rendszerrel dolgozni, de ehhez mindenféleképpen két nyomtató fejre (két fejes gépre) van szükség. Nagy előnye a jó ár-érték arány, ami miatt ma Magyarországon az egyik legelterjedtebb technológia. Az ömledékrétegezéses eljárás hátránya a szerény pontosság, hiszen a legprecízebb gépek is 100 μm-es építési rétegvastagsággal rendelkeznek. Az x-y síkbeli pontossága ennél ugyan jobb, de ezt az alkalmazott fúvóka átmérője határozza meg. A munkatér (építési tér) kialakítása szempontjából megkülönböztetünk fűthető, illetve nem fűthető munkaterű gépeket. A fűtött munkatérrel rendelkező berendezések sokkal több alapanyag akár műszaki feldolgozására alkalmasak, míg fűtetlen terű gépek többnyire kis zsugorodású anyagokat tudnak feldolgozni. Ezek alapján az FDM technológia szempontjából fontos alapanyagok a politejsav (PLA) és az ABS. Az anyagok egymáshoz viszonyított, nyomtatással kapcsolatos tulajdonságait a 7. ábra foglalja össze. 7. ábra PLA és ABS tulajdonságai A PLA tehát ideális nyomtató alapanyag, ha vizualizációs célra akarjuk a modellt használni, hiszen könnyen kezeli a berendezés. Funkcionális feladatokra a jobb ütésállósággal és hőállósággal rendelkező ABS-t célszerű használni. Látszik továbbá a diagramon, hogy egyik anyagnak sem nagy a szakadási nyúlása és az ütésállósága. (Megértést segítő videó.) Polimer termékek kisszériás gyártása 9/21

10 Fotopolimer alapú gyártástechnológiák A fotopolimer alapú technológiák közé tartozik többek között a PolyJet, a Sztereolitográfia (SLA) és a Digitális képfeldolgozás (DLP). A modellépítés során kémiai folyamat játszódik le, amely során a monomereket és oligomereket tartalmazó gyanták kitérhálósodnak. Fotopolimerek esetében a térhálót eredményező, jellemzően polimerizációs láncreakció sugárzás hatására iniciálódik. és gyorsan végbemegy. A sugárzás lehet elektromágneses, gamma-, valamint elektron sugárzás. Leggyakrabban UV sugárzást alkalmaznak, amely forrása lehet lézer (SLA), vagy lámpa (PolyJet, DLP). A polimerizációs-térhálósodási mechanizmuson belül megkülönböztetünk szabad gyökös (akrilát rendszerek), kationos (epoxi és vinilészter-alapú rendszerek) és anionos (mikrolitográfiánál használt speciális polimer) rendszereket. A PolyJet eljárást az Objet Geometries cég fejlesztette ki. A tintasugaras nyomtatófejből kinyomtatott műgyanta rendszert UV fényforrással polimerizálják (8. ábra). 8. ábra: PolyJet eljárás elve Ez a technológia a polimerizációs láncreakció szabad gyökös változatát alkalmazza, a gyantában lényegében csak a besugárzás alatt alakulnak ki kötések, térhálós polimert hozva létre. Mivel a nyomtatás térben történik, és nincs körülötte megtámasztó porfürdő, ezért külön támaszanyag alkalmazására van szükség. Nagy előny viszont, hogy a támaszanyag vízzel oldható, így könnyebb és egyszerűbb eltávolítani, mint a többi technológia esetén. További előny, hogy az UV fényforrásnak köszönhetően olcsóbb és gyorsabb, mint a hagyományos AM technológiák. A berendezés pontosságát jól jellemzi a μm-es építési rétegvastagság, a legvékonyabb függőlegesen elkészíthető falvastagsága 0,6 mm, a teljes modell pontossága pedig ± 0,05 mm. Polimer termékek kisszériás gyártása 10/21

11 A további fejlesztések eredményeként született berendezés segítségével (Connex), ma már akár több különböző mechanikai és fizikai tulajdonságú anyag is nyomtatható egy munkadarabon (munkacikluson) belül a felhasznált alapanyagok kombinálásával.. Itt jól használható ki a szabad gyökös rendszerben rendelkezésre álló több különböző monomer és oligomer keverék adta szabadság. (Megértést segítő videó.) Az első AM eljárás a sztereolitográfia (SLA) volt, amelyet 1987-ben mutattak be (9. ábra). 9. ábra SLA eljárás elve A fotopolimer alapanyagot lézer segítségével térhálósítja ki. A hatásmechanizmus ebben az esetben is szabad gyökös polimerizáció. Az alapanyag egy tartályban helyezkedik el, amelyben a munkaasztal található. Első rétegnél a munkaasztal csak egy rétegvastagsággal helyezkedik el a folyadékszint alatt. A lézer befutja a modell adott keresztmetszetét, így térhálósítva a réteget. Alámetszések esetén a támasztásról tervezéskor gondoskodni kell. Ez az egyik legpontosabb eljárás, hiszen az építési rétegvastagsága 25 μm, a teljes modell pontossága ± 0,045 mm, illetve ezzel lehet a legjobb felületi minőségű modellt előállítani. Fontos megjegyezni, hogy a PolyJet technológiával szembeni hátránya az, hogy itt szükség van minimális gyantamennyiségre a nyomtatáshoz akkor, is, ha az nem kerül felhasználásra. Továbbá itt csak egy anyagból lehet felépíteni az egész modellt, így nem lehet egy darabon belül különböző tulajdonságú anyagot alkalmazni, de a gyantát egyszerűbben lehet tölteni erősítőanyagokkal. (Megértést segítő videó.) Polimer termékek kisszériás gyártása 11/21

12 2.3. Kisszériás termékgyártás Az additív gyártástechnológiákkal (AM technológiákkal) feldolgozható alapanyagok termikus és mechanikai tulajdonságainak fokozatos javulásával lehetőség nyílt nem csak prototípus szintű termékek, hanem kész termékek legyártására. Ezt kétféle módon tehetjük meg: az egyik, amikor közvetlenül a terméket gyártjuk le AM technológia segítségével, a másik, amikor szerszámot hozunk létre. Ezt az eljárást gyors szerszámozásnak (Rapid Tooling, RT) hívjuk. A gyors szerszámozással előállított szerszámok többnyire csak kis sorozatok gyártására alkalmas, azonban, már ez is nagy előrelépés, hiszen a hagyományos értelemben vett prototípusokkal szemben az így előállított darab tulajdonságában, anyagában, sőt gyártástechnológiájában is megegyezik a sorozatgyártott termékkel, ugyanakkor a szerszámozási költség jóval kisebb. Manapság egyre inkább arra irányulnak a törekvések, hogy ezt a gyors szerszámkészítési módszert ne csak a prototípuskészítéshez, hanem a sorozatgyártáshoz is fel lehessen használni. A gyors szerszámkészítésnek számos lehetséges változata megtalálható a piacon, akár a prototípusgyártásból kiinduló indirekt módszert, akár a közvetlen (direkt) szerszám előállítási technikákat tekintjük (10. ábra). 10. ábra Gyors szerszámozás csoportosítása Indirekt szerszámozás A gyors szerszámkészítés indirekt módjának az alapja az, hogy valamelyik prototípusgyártási módszerrel elkészített munkadarabot használjuk fel úgy, mint alakadó mestermintát. Ez sokkal gyorsabb, mintha forgácsolással készítenék el azt, és adott esetben a geometriai pontosság (felületkezelést követően) messzemenően kielégítő. Ezt követően a mesterminta felületét körül öntve egy másik anyaggal elkészíthető a szerszám, amely ellenáll a sorozatgyártáskor kialakuló nyomásnak, hőmérsékletnek, mechanikai koptató hatásnak. Polimer termékek kisszériás gyártása 12/21

13 A szilikon szerszámozás az indirekt technológiák közé tartozik, amellyel olyan viasz, műanyag és alacsony olvadáspontú fém alkatrészek készíthetők, amelyek nem támasztanak magas követelményeket a szerszám anyagával szemben, vagyis kicsi a nyomás és a hőmérséklet. A szerszám anyaga hőre vulkanizálódó szilikon gumi, amelynek két csoportja létezik a térhálósodás kémiai reakciója szerint: addíciós szilikon gumi, amely zsugorodás nélkül térhálósodik, valamint kondenzációs szilikon gumi, amely a térhálósodás alatt kb. 2% zsugorodást szenved az elillanó alkoholok miatt. Az egyik legnépszerűbb alkalmazása a szilikon szerszámoknak, hogy gyorsan térhálósodó PUR gyantát öntenek bele. Ebben az esetben egy szerszámmal legalább db alkatrész készíthető. Nagy előnye ennek az eljárásnak, hogy alámetszett termékek is gyárthatók, mivel a rugalmas szilikon szerszám szétfeszíthető a darabok kivételekor (11. ábra). (Megértést segítő videó.) 11. ábra PUR öntés szilikon gumi szerszámba (1 RPT minta elkészítése beömlővel, légelvezetőkkel, formaleválasztó réteg felvitelével, 2 Az így összeállított rendszer körülöntése szilikon gumival, 3 Térhálósodás után a szerszám szétvágása az osztóvonal mentén, minta kivétele, 4 PUR öntése) Direkt szerszámozás Direkt szerszámozás során nem alkalmazunk mestermintát, hanem magát a szerszámot készítjük valamilyen gyors prototípusgyártási módszerrel. Így a folyamat gyorsabb, egyszerűbb és jobban automatizálhatóvá válik. Ezek az eljárások jellemzően a hagyományos SLA és SLS alapra épülnek, azok valamilyen továbbfejlesztett, illetve módosított változatai. (Megértést segítő videó.) 2.4. Reaktív fröccsöntés A fröccsöntés a polimer késztermékek előállítására szolgáló eljárások közül az egyik legsokoldalúbb és legdinamikusabban fejlődő szakaszos eljárás. A hagyományos fröccsöntési technológia mellett számos különleges fröccsöntési mód (berendezés) ismert, kezdve a több komponensű fröccsöntéssel a por fröccsöntésen át egészen a hőre keményedő anyagok fröccsöntéséig. Polimer termékek kisszériás gyártása 13/21

14 A reaktív fröccsöntés (RIM) során hőre keményedő, leggyakrabban PUR anyagokat dolgozunk fel. A folyamat lényege, hogy két kis viszkozitású, egymással reagálni képes (monomer, esetleg oligomer) folyadékot kevernek össze, és az elegyet azonnal egy zárt szerszámba injektálják, ahol az kitérhálósodik. A poliuretán a szerszámban jön létre, ahol az izocianát és a poliol poliaddíciója révén. A szerszámba fektetett erősítő szövet, esetleg szálpaplan, vagy valamelyik komponenssel együtt a szerszámba juttatott vágott szálak segítségével kompozit alkatrészek is előállíthatók ilyen módon. A reaktív fröccsöntésnek számos előnye van a hagyományos fröccsöntéssel szemben, úgy mint az alacsony feldolgozási hőmérséklet, a kis fröccsnyomás illetve záróerő szükséglet (1. táblázat). Hátrányként kell megemlíteni a bonyolultabb (nagyobb odafigyelést igénylő) szerszám és folyamat tervezést, hisz a szerszámban kémiai folyamatok játszódnak le amelyeket mindig megfelelő kontroll alatt kell tudni tartani, valamint jelentős problémát jelent a térhálós termékek újra-feldolgozhatósága, újrahasznosítása, és a keverő eszközök tisztán tartása. 1. táblázat RIM és a hőre lágyuló fröccsöntés fontosabb paramétereinek összehasonlítása Reaktív fröccsöntés (RIM) Hagyományos fröccsöntés (Hőre lágyuló) Feldolgozási hőmérséklet (ºC) Viszkozitás (Pa s) 0,1 1, Fröccsnyomás (bar) 1-2 (nem habosított) (habosított) Ciklusidő (min) ,02-5 A komponenseket tartalmazó tartályokból a folyadék az adagolást is szabályozó szivattyúkon keresztül jut el a keverőfejhez, amely a két komponenst összekeveri, majd a szerszámba injektálja. Nagyobb gépeknél (12. ábra) gondoskodnak a nem összekevert komponensek feleslegének visszavezetéséről is. Polimer termékek kisszériás gyártása 14/21

15 12. ábra RIM berendezés vázlata A kisebb gépek felépítése az előzőekben leírtaktól abban tér el, hogy a fogaskerék szivattyúval a befecskendező-pisztolyhoz eljuttatott komponensek csak egy, a pisztolyhoz erősített egyszer használatos keverőszárban elegyednek. A befecskendező pisztoly szelepeinek nyitása és zárása sűrített levegő segítségével szabályozható. Kisebb berendezéseknél a kisebb kihozatal és adagsúlyok miatt nincs szükség visszavezetésre, így ezt a rendszert és a hőcserélőket nem építik be. A gépek kihozatala és a fröccsegység nyomása a motor fordulatszámának változtatásával szűk határok között állítható. A kisebb berendezések kihozatala mintegy 1 liter/percre tehető, míg a komoly ipari berendezéseké akár az 50 liter/percet is elérheti. Alapanyagát tekintve a technológia alkalmas többek között szilikon, epoxi, vagy poliuretán alapú keverékek feldolgozására egyaránt. Leggyakrabban a poliuretán alapanyagokat használják, mert anyagi tulajdonságai (13. ábra) így felhasználási területei is adalékokkal és monomerekkel tág határok között, tetszés szerint megváltoztathatók. A RIM technológiával készített habosított (struktúrhab) termék összetettségére jellemző példa a gépkocsi műszerfala, amelynek belseje habosított, felszíne műbőrszerűen strukturált, lágy tapintású és összefüggő. Polimer termékek kisszériás gyártása 15/21

16 13. ábra RIM alapanyagok Polimer termékek kisszériás gyártása 16/21

17 3. A laborgyakorlat során használt gépek, berendezések Z310 3D PRINTER (14. ÁBRA) modelltér mérete: rétegvastagság: építési sebesség: 203x254x203 mm 0,089 0,203 mm ~ 25 mm/óra nyomtatófejek száma: 1 db (HP) 14. ábra Z310 3D Printer ALARIS 30 TÍPUSÚ ADDITÍV GYÁRTÓBERENDEZÉS (15. ÁBRA) modelltér mérete: rétegvastagság: építési sebesség: 300x200x150 mm 0,028 mm ~6 mm/óra nyomtatófejek száma: 2 db 15. ábra Alaris 30 típusú AM berendezés CRAFT BOT PLUS FDM ALAPÚ ADDITÍV GYÁRTÓBERENDEZÉS (16. ÁBRA) modelltér mérete: rétegvastagság: építési sebesség: 250x200x200 mm 0,100 0,300 mm mm/s nyomtatószál átmérő: 1,75 mm 16. ábra Craft Bot Plus AM berendezés Polimer termékek kisszériás gyártása 17/21

18 FORM2 TÍPUSÚ ADDITÍV GYÁRTÓBERENDEZÉS (17. ÁBRA) modelltér mérete: rétegvastagság: építési sebesség: 145x145x175 mm 0,025/0,050/0,100 mm ~6 mm/óra 17. ábra FromLabs Form2 típusú AM berendezés DEKUMED UNIDOS 100 TÍPUSÚ REAKTÍV FRÖCCSÖNTŐGÉP (18. ÁBRA) anyagok: epoxi gyanta, poliuretán, szilikon kihozatali sebesség: max. 800 g/min 18. ábra Dekumed Unidos 100 típusú reaktív fröccsöntőgép Polimer termékek kisszériás gyártása 18/21

19 4. A témához kapcsolódó fontosabb szavak angolul, németül Magyar Angol Német Additív gyártástechnológia Additive Manufacturing * Gyors prototípusgyártás Rapid Prototyping (RPT) Schnelle Prototypentwicklung Gyors szerszámkészítés Rapid Tooling (RT) * STL Standard Tessellation * Language 3D nyomtatás 3D printing * Sztereolitográfia Stereolithography Stereolithographie Szelektív lézer szinterezés Selective Laser-sintering Selektiv-Leaser Sintern Ömledékrétegzés Fused Deposition Modelling * Réteges kivágás és Laminated Object * felépítés Manufacturing Számítógéppel segített Computer Aided Design * tervezés Direkt szerszámozás Direct Tooling * Indirekt szerszámozás Indirect Tooling * Poliuretán (PUR) Polyurethane Polyurethan Epoxi gyanta Epoxy resin Epoxidharze Szilikon Silicone Silikongießmasse * Az angol kifejezés a használatos 5. Ajánlott irodalom 1. Dunai A., Macskási L.: Műanyagok fröccsöntése, Lexica Kft, Budapest, A. Gebhardt: Understanding Additive Manufacturing, Hanser Publishers, Munich, I. Gibson, D.W. Rosen, B. Stucker: Additive Manufacturing Technologies, Springer, New York, Kovács J. G.: Gyors prototípus eljárások II. Gyakorlati megvalósítások, Műanyag és Gumi, 39, 2002, Falk Gy., Bartha L., Kovács, J. G.: Rapid Prototyping Rapid Tooling a gyakorlatban, Műanyag és Gumi, 42, 2005, Schwarz P.: Ősminta- és szerszámkészítés epoxi és poliuretán alapú műanyagokból, Műanyag és Gumi 41, 2004, Polimer termékek kisszériás gyártása 19/21

20 MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV Név: Minősítés: Neptun kód: Dátum: Ellenőrizte: Gyakorlatvezető: 1. Feladat Kisszériás gyártás megtervezése, anyag választása. Termékgyártás PolyJet - Objet valamint 3D printing technológiával és gravitációs öntéssel Költség analízis. 2. Alapadatok, mért és számított eredmények A gyártani kívánt termék: mennyisége: tömege: [db] [g] Anyag költségek: 3D printing: ZP 131 por: [Ft/kg] ZB 60 binder: [Ft/liter] PolyJet Objet: FullCure 835 modell anyag: [Ft/kg] FullCure 705 támaszanyag: [Ft/kg] Köraform A42 szilikon: 42A komponens: [Ft/kg] 42BW komponens: [Ft/kg] Biresin G26 (PUR): A komponens: 4000 [Ft/kg] B komponens: 4000 [Ft/kg] Polimer termékek kisszériás gyártása 20/21

21 Közvetlen (direkt) termékgyártás PolyJet Objet, Alaris 30 1db..db FullCure835- modell anyag: FullCure 705 támasz anyag: Termékgyártási idő: 3D nyomtatás, Z310 1db..db ZP por: ZB60 - binder: Termékgyártási idő: Közvetett (indirekt) termékgyártás Ősminta készítés Ősminta készítés módja Ősminta darabszáma Szilikon forma (szerszám) készítés 1db..db Köraform 42A komponens: Köraform 42BW komponens: Szerszámgyártási idő: PUR Termék gyártása gravitációs öntés útján 1db..db Biresin G26 A komponens: Biresin G26 B komponens: Térhálósodási idő: Közvetett (indirekt) termékgyártási idő Költségek 1db..db Közvetlen (direkt) termékgyártás [g] [g] [h] [g] [ml] [h] [g] [g] [h] [g] [g] [h] [h] Alaris 30: [Ft] Z310: [Ft] Közvetett (indirekt) termékgyártás Ősminta: Szilikon szerszám: PUR alapanyag: Összes: [Ft] [Ft] [Ft] [Ft] Polimer termékek kisszériás gyártása 21/21