3. Gyors prototípus készítés 3.1 Történeti áttekintés 1983: kísérletek 3D nyomtatás előállítására, kalifornia, Nagoya, Minneapolis 1986: C. Hull megalapítja a 3D System nevű céget eljárása a fotopolimerizáción alapul (sztereolitográfia) 1987: 3 amerikai, 3 japán, 1 izraeli, 1 német cég kezd el működni ezen a területen 3.2 Elnevezések Rapid Prototyping Desktop Manufacturing 3D Hardcopy Solid Free Form Fabrication Tool Less Manufacturing Automated Fabrication Layered Fabrication 1
3.3 A gyors prototípus készítés sajátosságai gombnyomásra történő gyártás rétegenkénti testfelépítés elsődleges alaklétrehozás nincs szerszám minden darab önálló termék gyors (átfutási idő, változatok) automatizált 3.4 Az eljárások csoportosítása A termék funkciója alapján: Szemléltető modell Gyártást t támogató tó modell Funkcionális modell A rétegelőállítás stratégiája alapján: pontról-pontra vektor mentén felületről felületre 2
Eljárások csoportosítása Az eljárás fizikai tartalma alapján: SLA: Stereolitography (foto-polimerizáció) 3D System, Cubital SLS: Selective Laser Sintering g( (lézer szinterelés) EOS, DTM FDM: Fused Deposition Modelling (3D Plotting)(huzalfelkrakás) Stratasys LOM: Laminated Object Manufacturing (lemezelt technikák) Helisys DSP Direct Shell Production (Droplet Deposition, 3D Printing): (keramikus vagy műanyag por ragasztása) Solingen Egyéb technikák : felrakó hegesztés, lemezkivágás, vízsugaras vágás, 3.5 A gyors prototípus készítés lépései CAD rajz elkészítése: kimenet.stl formátumban Szeletelés és letapogatási stratégia elkészítése Nyers darab előállítása (Green part) Utólagos kezelés Töltőanyag ill. támaszok eltávolítása, tisztítás, hőkezelés, anyagkezelés-keményítés, felületkikészítés 3
3.6 SLA, Sztereolitográfia Anyag: folyékony gyanta, viasz Rétegvastagság: 0,1-0,2 mm Mivel folyadékban van támaszról kell gondoskodni SLA, Sztereolitográfia Utólagos hőkezelés (kikeményítés) mindig szükséges. Polírozás, festés lehetséges Sztereolitográfiáhosz használt epoxigyanta tulajdonságai Epoxi1 Epoxi2 Szakítószilárdság (Mpa) 46-47 59-60 Szakadási nyúlás (%) 11-2 7-19 Ütőmunka (kj/m 2 ) 33 27-30 Rugalmassági modulus (Mpa) 1628 2920 4
5
3.7 STL, Szelektív lézer szinterelés Anyag: gyanta, műanyag fémpor keverék (Rm=400MPa) Funkcionális alkatrészek Szelektív lézer szinterelés DTM Laser Sinterstation 2500 berendezés Három különböző eset A szemcsék a határfelületen egymásba folynak (műanyag ygp porok) Keverék fémpor alacsony olv. pontú részei megolvadnak Műanyaggal bevont fém v. kerámia por összeolvasztása, majd beitatása pl bronzzal 6
Szelektív lézer szinterelés Technológiai jellemzők Por összetétele Szemcsenagys ág Um Rétegvastagsá g mm Lézer teljesít ménye, W Pásztázási sebesség Bronz-Nikkel 10-150 0,1-0,3 10-200 20-200 Bronz-Vas 30-90 0,1-0,3 150-200 150-200 Alumíniumoxid 20 0,1-0,3 - - Réz-poliamid - 0,1 15 50/0 RapidSteel2.0-0,075 17 1250 Duraform 25-90 0,1 4 1675 7
3.8 FDM, Huzalfelrakás Anyag: hevített (200 o C) gyanta, műanyag FDM, Huzalfelrakás 8
3.9 LOM, lemezelt technikák Anyag: papír, polyester film, szövet, kompozit Olcsó Gyors Komplex geometria 9
LOM, lemezelt technikák 10
3.10 DSP, por ragasztása Anyag: keramikus vagy műanyag por + ragasztó rideg utókezelés mindig gyantával beitatás DSP, por ragasztása Munkatér A gép látképe 11
DSP, por ragasztása A munkatér kibontás Kész darabok 12
9.11 Egyéb technikák vízsugaras vágás felrakó hegesztés fémlemezek összeszerelése stb 3.12 Előnyök és hátrányok Előnyök gombnyomásra történő gyártás automatizált gyors (átfutási idő, változatok) nincs szerszám komplex alkatrész(ek) szerelt alkatrészek (ún. benszülöttek is készíthetők) Hátrányok pontosság vetemedés zsugorodás porozitás felületminőség mechanikai tulajdonságok lassú 13
3.13 A gyors prototípus készítés alkalmazási területei Öntőminta; 6,3 Gyors szerszámozás; 13,4 Javaslatok; 3,6 Szerszámozás (közvetlen); 3,7 Egyéb; 3,8 Mérnöki modell; 16,9 Szerszámgyártói modell; 5,4 Árajánlatok; 1,4 Ergónómiai; 4,6 Szerelés ellenőrzés; 18,2 Funkcionális modell; 22,7 A termék funkciója alapján: Szemléltető modell Gyártást támogató modell Funkcionális modell A gyors prototípus készítés alkalmazási területei Akadémiai szekt. 7% Hadiipar 9% Orvosi szekt. 10% Egyéb 8% Keresk.term. 26% Autóipóip. 23% Repülőgépip. 8% Gépipar 9% RP módszerek alkalmazási területei (2002 Wohlers Associates) 14
3.14 A gyors prototípus készítés térhódítása A világban évente installált RP rendszerek száma A világban évente elkészített RP modellek száma A gyors prototípus készítés térhódítása % Japán 19% Korea 2% Kína 5% Olaszo. 4% UK 4% Egyéb 10% A világban 1998-ban installált RP USA rendszerek százalékos megoszlása 42% (Wohlers Associates) Svédo. 1% Franciao. 3% Németo. 9% Kanada 1% Kb 7000 rendszer Magyarországon: 6db 15
A gyors prototípus készítés térhódítása Piaci részesedések 3.15 Esettanulmányok Gyors prototípus készítés alkalmazása közvetlen szerszámozáshoz Lézer szinterelt bélyeg és matrica, mélyhúzó szerszámhoz Kissorozatgyártásban Vékony alumíniumlemezek húzásához 16
Mélyhúzandó alkatrész +D geometriai modellje Mélyhúzó szerszám konstrukciós felépítése 17
3D testmodellek elkészítése Bélyeg Matrica Kimenet: STL formátumban Szelektív lézer szinterelés Anyag: nikkel-bronz-rézfoszfid R m =200 Mpa, 70HB Lézer szinterelt bélyeg és matrica Geometriai ellenőrzés 18
A teljes tervezés folyamata Geometria Alak felismerés CAD Adatbázisra épülő elemkiválasztás CAM Technológia Dat Result a Mérés Computer Aided Decision Support Alkatrészek mélyhúzása - 19 alkatrész 30perc alatt - 15 perc várakozás (hűtés) - 10 sorozat legyártása, 190 db - lemezvastagság: 0,7 mm - húzási mélység 16 mm Kopási nyomok a szerszámon nem érzékelhetők 19
Különböző alkalmazások Térdprotézis Szivattyúalkatrész Orvosi alkalmazások 1. 2. 3. 4. 20
Művészetek Kultúrtörténet Múmia rekonstruálása roncsolásmentesen 21
3.16 Kitekintés A jövőbeni lehetőségek szinte korlátlanok?? új anyagok és új technológiák Kereskedelemben beszerezhető háztartási RP rendszerek?? 22