РОЗЧИННІ СТРИЖНІ ТА МОДЕЛІ fdm ДЛЯ КОМПОЗИТНИХ …€¦ ·...

Інструкція з технічного процесу:

РОЗЧИННІ СТРИЖНІ ТА МОДЕЛІ

FDM ДЛЯ КОМПОЗИТНИХ

ВОЛОКОН

Порожнисті деталі з композиту представляють унікальні виробничі переваги. Поверхні прямолінійних труб та порожнини з постійною товщиною стінки є легкими у виробництві, але замкнені конфігурації сердечника потребують альтернативного рішення.

Можливі варіанти включають сердечники, що виймаються, вимиваються, складальні композитні шари, шари між поверхнями замкненої форми та замкнені форми у поєднанні з сердечниками, що виймаються. Втім ці варіанти часто не є ідеальними.

Розчинні стрижні виготовляють з евтектичної солі, кераміки, уретану, що збільшує час та вартість. Складальні стрижні можна використовувати багато разів без додаткового інструментарію, але для дуже обмежених конфігурацій. Складальні шари залишають після використання сходинку, яка передається на виріб і послаблює його. Найкращим варіантом є закладати композитний матеріал у порожнину замкненої форми, але цей варіант прийнятний лише при легкому доступі до порожнини.

Розчинні стрижні FDM®, що вимиваються є більш ефективними за характеристикою ціна-якість поверхні. Просто обгорніть композитний матеріал навколо розчинного стрижня та вимийте стрижень після завершення процесу застигання. Таке рішення робить можливим одноденне виготовлення та швидке дослідження конструкції. Обгортання волокна навколо стрижня на відміну від закладання у форму робить процес легшим та менш інтенсивним і не потребує додаткової оснастки.

1.

2.

ОПИС ПРОЦЕСУ……................................................................................................ 4

СУМІСНІСТЬ З МАТЕРІАЛАМИ…........................................................................... 4

2.1. Композити ............................................................................................................... 4

КОНСТРУЮВАНЯ СТРИЖНЯ.................................................................................. 6

Малюнок 1: Гальмівний трубопровід з Композиту створений з використанням розчинного стрижня 3.

3.1.

3.2.

3.3.

3.4.

3.5.

Створення стрижня................................................................................................. 6

Розміщення додаткових елементів (при необхідності).......................................... 6

Подовження стрижня та додавання лінії рівноваги.............................................. 6

Додавання стаціонарних елементів...................................................................... 6

Експорт файлу STL................................................................................................ 7

4. ППІДГОТОВКА ФАЙЛУ............................................................................................ 7

4.1.

4.2.

4.3.

4.4.

4.5.

Орієнтація моделі STL........................................................................................... 7

Розшарування деталі............................................................................................. 7

Створення індивідуальних груп (при необхідності).............................................. 7

Визначення траєкторії руху інструмента............................................................ 8

Зміна модельного матеріалу на матеріал підтримки...................................... 10

5. МАТЕРІАЛИ............................................................................................................. 10

5.1. Матеріали підтримки, що вимиваються.............................................................. 10

5.2. Високотемпературна альтернатива…................................................................ 10

Додаткова обробка............................................................................................... 11 6.

6.1.

6.2.

6.3.

6.4.

Відокремлення структур підтримки.................................................................... 11

Фінішна обробка поверхонь (при необхідності)................................................... 11

Додавання стаціонарних елементів (при необхідності)....................................... 11

Герметизація поверхонь...................................................................................... 11

Малюнок 2: Розчинна модель розподільної коробки може використовуватись без додаткової оснастки.

7. ВИГОТОВЛЕННЯ ДЕТАЛІ...................................................................................... 12

7.1.

7.2.

7.3.

7.4.

Викладання композитного волокна.................................................................... 12

Ущільнення волокон............................................................................................. 12

Затвердіння композиту......................................................................................... 12

Видалення стрижня............................................................................................... 12

8. КЛЮЧОВІ РЕКОМЕНДАЦІЇ ПРОЦЕСУ................................................................. 13

8.1. Особливості роздільної здатності......................................................................... 14

8.2. Видалення матеріалу підтримки для пластику ULTEM® 9085................. 15

ІНСТРУМЕНТИ ТА ДОПОМІЖНІ МАТЕРІАЛИ....................................................... 15

9.1. Необхідні інструменти…........................................................................................ 15

9.2. Джерела.................................................................................................................. 15

9.

10. РЕЗЮМЕ – ГОЛОВНІ ФАКТОРИ УСПІХУ............................................................ 15

10.1. Процедури.............................................................................................................. 16

10.2. Усунення обмежень застосування........................................................................ 16

Сторінка 1 of 19


РОЗЧИННІ СТРИЖНІ ТА МОДЕЛІ FDM ДЛЯ КОМПОЗИТНИХ ВОЛОКОН

СТОРІНКА 2

1. ОПИС ПРОЦЕСУ

На відміну від традиційних процесів виробництва порожнистих

компонентів з композиту, розчинні FDM стрижні не потребують жодної

оснастки. Композитне волокно викладається навколо стрижня, який

вимивається після затвердіння композиту.

Композиту

При необхідності перевірки як зовнішньої, так і внутрішньої поверхні деталі, розчинний FDM стрижень може використовуватись разом з замкненою формою для покращення якості зовнішньої поверхні деталі.

Вимивання FDM стрижня

Затвердіння та Зміцнення Стрижня

Вирощування стрижня FDM

Шліфування/ Шпаклювання Стрижня

Накладання

Проектування Стрижня


РОЗЧИННІ СТРИЖНІ ТА МОДЕЛІ FDM ДЛЯ КОМПОЗИТНИХ ВОЛОКОН

СТОРІНКА 3

2. СУМІСНІСТЬ З МАТЕРІАЛАМИ

2.1. Композити.

2.1.1. Системи зі смолою.

Розчинні FDM стрижні сумісні з більшістю систем епоксидних смол. Проте розчин, що розчиняє стрижень може вплинути та пом'якшити поліефірні смоли. Варто перевіряти характеристики смоли, заявлені виробником на сумісність зі складовими розчину, особливо каустичною содою.

Figure 3: Envelope bagging is one of the

consolidation methods compatible with FDM soluble cores. 2.1.2. Методи ущільнення.

Розчинні стрижні можуть застосовуватись з такими методами ущільнення:

• Вакуум/автоклав

Цей процес перевірявся при умовах 105 ˚C та 550 kPa. Треба зауважити, що результати значно залежать від геометрії та нашарування.

− Герметичне обгортання (Малюнок 3)

Це найпростіший метод вакуумного ущільнення в автоклаві, але точність та якість зовнішньої поверхні не повністю контролюється.

− Суцільне обгортання з використанням замкненої форми

Мішок пропускають через тонкостінний стрижень, який потім закривають у замкнену форму. Цей процес дає найкращу якість зовнішньої та внутрішньої поверхні та використовує значно менше матеріалу для створення стрижня.

• Надувна камера з замкненою формою

Надувні камери можуть використовуватись замість пропускного мішка. Як і у методі обгортання, камера притискає стрижень та шари композиту до стінки форми для контролю зовнішньої поверхні. На відміну від пропускного мішка немає необхідності використовувати вакуум та автоклав..

• Трубна усадка

Найпростіша з усіх методів, трубна усадка дає хороший результат на зовнішній поверхнях. Це ущільнення під низьким тиском яке не потребує вакууму та автоклаву. Для деталей з впадинами та крутими згинами є доступні альтернативні методи, оскільки цей процес не досконало відтворює такі деталі. Також трубна усадка передбачає, що всі простори деталі лежатимуть у межах мінімального та максимального допусків. Наприклад, усадочна трубка, діаметром 50мм з коефіцієнтом усадки 2:1 може бути використана лише для шарів композиту з розмірами периметру від 25 до 50мм.


РОЗЧИННІ СТРИЖНІ ТА МОДЕЛІ FDM ДЛЯ КОМПОЗИТНИХ ВОЛОКОН СТОРІНКА 4

• Усадочна стрічка

Як і при трубному ущільненні, усадочна стрічка застосовується при низькому тиску без використання вакууму та автоклаву. Хоча стрічка дає кращу якість зовнішньої поверхні, на відміну від вакуумного мішка, готова деталь матиме спіральну структуру.

Перевагою усадочної стрічки над трубкою є кращий доступ до складних поверхонь, таких як впадини та круті згини. Стрічка також доступна для геометрії із значними перепадами в периметрі.

2.1.3. Процеси затвердіння:

Розчинні FDM стрижні застосовуються з наступними процесами затвердіння:

• Затвердіння при кімнатній температурі

Така низькотемпературна особливість зберігає міцність стрижня та мінімізує термоусадку.

• Високотемпературне затвердіння

Для запобігання руйнування розчинного стрижня максимальні температури затвердіння становлять 121 °C для матеріалу FDM SR-100™ та 93 °C для FDM SR-30™.



3. КОНСТРУЮВАННЯ СТРИЖНЯ

Для початку процесу потрібно мати CAD файл моделі стрижня. Ця модель

CAD представляє собою порожнистий простір деталі з композиту.

3.1. Створення стрижня.

Проектування стрижня як твердого тіла відбувається у програмному забезпеченні Insight™ при виборі стилю внутрішнього заповнення (Малюнки 4 та 5).

Додатково конструкція стрижня може бути вдосконалена у програмі CAD для покращення міцності, часу вирощування та витрат матеріалу. При використанні цієї опції, файл CAD моделі

Має бути порожнистим, підсиленим ребрами жорсткості. Малюнок 4: CAD модель кінцевого продукту

(Гальмівне повітряне сопло).

3.2. Розміщення додаткових елементів (при необхідності).

Для процесу намотування волокна, розчинна модель потребує додаткових елементів. Можна додати ці елементи до моделі CAD.

Якщо розчинний матеріал підтримки недостатньо міцний, щоб приєднати оправку для намотування, можна створити її як окреме тіло у CAD файлі. У програмному забезпеченні Insight приєднувальне тіло буде додане до особливої групи, де використовується модельний матеріал ABS, при цьому стрижень буде вирощений з розчинного матеріалу підтримки (Малюнок 6).

3.3. Подовження стрижня та додавання лінії рівноваги. Малюнок 5: CAD модель гальмівного сопла та

Розчинного стрижня (білий). Для деталей з відкритими кінцями можна подовжити стрижень за край деталі для створення додаткової площі намотування шарів. Надлишок композитного матеріалу після затвердіння буде відрізано.

Додатково можна створити граничну лінію на краю деталі, по якій після затвердіння пройде відрізання.

3.4. Додавання стаціонарних елементів.

Для композитних деталей, що будуть мати закладні елементи, такі як внутрішні повітряні канали, структурні компоненти або ребра жорсткості, розчинний стрижень може включати їх або мати кишені для їх встановлення (Малюнок 7).

Малюнок 6: Елемент з ABS приєднано до стрижня для закріплення оправки (ABS-M30™, чорний та SR-30 білий).

Якщо матеріал АBS підходить для таких елементів, стрижень мусить бути вирощений з розчинного матеріалу, а елементи з твердого пластику. Треба додати стаціонарні елементи до моделі CAD у якості окремих елементів. У програмі Insight вони будуть включені як особлива група, яку можна буде вирощувати з матеріалу ABS.

Для будь-яких інших елементів можна додати до моделі CAD спеціальні кишені, що дадуть змогу поєднати їх з розчинним стрижнем після вирощування. Якщо неможливо створити кишені можна спроектувати стрижень таким чином, щоб його можна було зібрати навколо стаціонарних елементів. Варто зауважити, що елементи з алюмінію не можуть бути використані для таких елементів, оскільки цей метал не сумісний з технологією вимивання WaterWorks™, яка використовується для розчинення стрижня.

Малюнок 7: Спроектовані кишені для стаціонарних елементів, що будуть поєднані зі стрижнем (ABS-M30 чорний та SR-30 білий).



3.5. Експорт файлу STL.

Можна змінити налаштування, такі як висота поясу для файлів STL з моделями малих розмірів і високою деталізацією. Таке налаштування дає змогу створювати гладкі поверхні для яких треба менше додаткової обробки стрижня. Дивиться розділ оптимальне рішення: з CAD у STL.



4. ПІДГОТОВКА ФАЙЛУ

4.1. Орієнтація моделі STL.

Імпортування файлу STL у програму Insight і його орієнтація. Є три фактори, що впливають на орієнтування моделі: точність, якість поверхні та вимивання матеріалу.

Якщо є велика необхідність у високій точності та якості поверхні, стрижень має бути розміщений так, щоб важливі поверхні були вертикальними. Наприклад, циліндр має бути розміщений так, щоб його вісь була вертикальною. У багатьох випадках необхідно знаходити компроміс для розміщення якомога більшої кількості поверхонь вертикально. Як наприклад труба з коліном у 90° має бути орієнтована як літера “V”. Саме коліно матиме ступінчасту поверхню, проте більша частина геометрії буде розміщена під кутом 45°. Окрім додаткового збільшення точності така орієнтація також дає максимальну міцність для витримування об'єднувального тиску.

Малюнок 8: Орієнтація стрижня вздовж осі Z

Для забезпечення протікання розчину через канали часткового заповнення.

Якщо найважливішим фактором є час вимивання, стрижень має бути розміщений так, щоб забезпечити найкраще проходження розчину через нього.

Для цього треба вирівняти кінці стрижня вздовж осі Z (Малюнок 8). Така орієнтація дасть змогу рідині протікати через канали, що сформовані частковим заповненням у розділі 4.4.1. Створення таких каналів прискорює процес вимивання стрижня з композитної деталі (розділ 7.4.2). Треба зауважити, що для більшості форм стрижнів, орієнтація деталі для точності також забезпечує і хороше протікання вимиваючого розчину. Посилання на практичний розділ: Орієнтація для міцності, точності та якості поверхні..

4.2. Розшарування деталі.

Для більшості розчинних стрижнів рекомендована висота шару становить 0.25 мм (0.010 дюймів) (сопло T16).

Як альтернатива може бути обрана висота шару 0.33 мм (0.013 дюймів) (сопло T20). Треба враховувати цю опцію при критичному обмеженні часу вирощування та для стрижнів, що мають зовнішні стінки перпендикулярні до базової плити. Наприклад товщий шар матиме невеликий ефект на якість поверхні прямого циліндра, але він значно вплине на поверхню у випадку труби з коліном у 90°.

Малюнок 9: Створення індивідуальної групи та вибір матеріалу для стаціонарних елементів

При використанні висоти шару 0.33 мм (0.013 дюйма), має бути встановлено сопло T20 у голову системи (сторона підтримки) замість стандартного сопла підтримки.

4.3. Створення індивідуальних груп (при необхідності).

Якщо розчинний стрижень або оправка повинні мати точки приєднання або стаціонарні елементи, вирощені з матеріалу ABS, необхідно використовувати опцію індивідуальні групи. Додавання таких елементів у індивідуальні групи розчинний стрижень або оправка матимуть і розчинну підтримку і елементи з ABS.

Треба створити нову індивідуальну групу і вибрати Model у випадаючому вікні Toolpath material (Малюнок 9). І далі додати бажані елементи до групи.



4.4. Визначення траєкторії руху інструмента.

Головна мета визначення траєкторії полягає у зменшенні кількості матеріалу у стрижні, щоб він швидше розчинився. У той же час стрижень має витримувати структурну монолітність під час впливу нагрівання та тиску при викладанні волокон композиту та затвердінні.

Для отримання такого результату стрижень треба вирощувати з модифікацією заповнення – стиль внутрішнього заповнення подвійної щільності (Modeler > Setup… > Part interior style > Sparse - double dense) (Малюнок 10).

Figure 10: Траєкторія враховує заповнення

Подвійної щільності з двома або трьома контурами навколо периметра.

4.4.1. Зміна налаштувань траєкторії руху.

• Відкриваємо Advance parameters (Toolpath > Setup… > Toolpath Parameters).

• Встановлюємо Number of contours на 2 або 3 в залежності від необхідної міцності та вмикаємо Linked contours.

• Встановлюємо Part sparse fill air gap на 6.35 мм як загальний максимум. Для більшості стрижнів можна залишити цей параметр по замовчуванню.

Якщо сітка занадто широка, незначний нахил на горизонтальних поверхнях призведе до стікання матеріалу. В такому випадку треба або зменшити сітку заповнення для всіх поверхонь або створити індивідуальну групу для шарів під необхідною поверхнею та зменшити сітку локально. Остання опція створює проміжну зону між широкою сіткою заповнення та суцільним заповненням.

Figure 11: Сітка заповнення для деталі, ширина контуру, кількість контурів та сітка деталі можуть бути змінені.

• Встановлюємо Part sparse solid layers так, щоб верхня та нижня поверхні (“замкнуті шари”) мали приблизно таку ж товщину, як і бокові стінки.

• Якщо сітки на горизонтальних поверхнях розділені, опція Raster to raster air gap може бути зменшена до всього лише -0.08 мм.

4.4.2. Оптимізація налаштувань.

Для абсолютної більшості деталей з композиту налаштування траєкторії інструменту у розділі 4.4.1 дадуть хороший результат. При необхідності налаштування можуть бути змінені для зменшення часу вирощування та витрат матеріалу або збільшення міцності. В іншому випадку налаштування застосовуються до розміру сітки заповнення, товщини контуру, кількості внутрішніх контурів та ширини сітки деталі (Figure 11).

Для швидкого вирощування та малих витрат матеріалу:

• Збільшення розміру сітки, зменшення ширини контуру або кількості контурів та/або зменшення товщини сітки.

Увага: Враховуйте робочу температуру та тиск. Якщо налаштування будуть занадто значними, поверхня стрижня може провиснути між сіткою або стрижень може зруйнуватись.

Для збільшення міцності:



• Зменшити розмір сітки, збільшити ширину зовнішнього контуру або кількість контурів та/або збільшити товщину шару.

Увага: такі налаштування призведуть до збільшення кількості матеріалу підтримки, що збільшить час, необхідний на вимивання стрижня.

4.4.3. Видалення верхньої та нижньої поверхонь (опція).

Оправки для трубоподібних виробів з торцевими поверхнями, що не є формоутворюючими повинні бути вирощені без них, щоб забезпечити протікання розчину. Треба їх видалити вручну після процесу вирощування або видалити їх у програмі Insight до вирощування у випадку, якщо ці поверхні приблизно паралельні базовій платформі (Малюнок 12).

Малюнок 12: Нижня поверхня розчинного

Стрижня з видаленими торцевими шарами (SR-30 білий).

Для видалення торцевих поверхонь треба використати індивідуальні групи.

• Згенеруйте усі траєкторії.

• Створіть індивідуальну групу для суцільних торцевих поверхонь (Toolpath > Custom groups…).

− Number of contours: 2 або 3, активуйте Linked contours.

− Raster to raster air gap: встановіть відповідно до поточного значення Part sparse fill air gap.

− Перевірте Align rasters. Перевірте строку Double dense rasters якщо Використовується Sparse - double dense.

− Зауважте, що Toolpath material встановлено на значенні Support.

▪ Треба відзначити, що зміна матеріалів не змінить їх в індивідуальній групі.

Індивідуальна група, налаштована на використання

модельного матеріалу визначатиме модельний матеріал,

навіть якщо активовано Invert build materials.

• Додайте усі торцеві поверхні до індивідуальної групи.

• Згенеруйте траєкторії тільки для цієї групи. Після генерації усіх траєкторій стане можливим вставка додаткових торцевих шарів у щойно створену індивідуальну групу.

• Як альтернатива, якщо геометрія деталі не має жодної стінки з кутом більшим за 22.5° від вертикалі, може бути додана вся геометрія до індивідуальної групи разом з стільниковою сіткою замість створення часткового заповнення.

4.4.4. Застосування альтернативного стилю часткового заповнення (опція).

Для геометрії з поганим протіканням розчину через стрижень, що не може бути вирішена орієнтацією, можна обрати часткове заповнення Porous Hexagonal



Цей стиль заповнення дозволяє розчину протікати в усіх напрямках. Проте ця опція збільшить час вирощування.

• Створення індивідуальної групи для стінок часткового заповнення.

− Перевірте Include in part sparse fill.

− Перевірте Use alternate sparse fill pattern.

− Оберіть Porous hexagonal з випадаючого меню.

4.5. Зміна модельного матеріалу на матеріал підтримки.

Стрижень у розумінні FDM є розглядається як модель, але він повинен бути вирощений з матеріалу підтримки. Наступна процедурна опція дозволяє визначити для моделі вирощування з матеріалу підтримки та підтримку з модельного матеріалу.

• Перевірте пункт Invert build materials (Modeler > Setup…> Configure Modeler) (Малюнок 13).

Для комбінованих стрижнів, у яких певні елементи повинні залишатись з модельного матеріалу необхідно використовувати індивідуальну групу для призначення їм модельного матеріалу. В індивідуальній групі треба змінити Toolpath material на Model.

Малюнок 13: Перевірка пункту зміни матеріалу вирощування для отримання стрижня з матеріалу підтримки



5. МАТЕРІАЛИ

5.1. Розчинні матеріали підтримки:

Рекомендованим матеріалом для вирощування розчинних стрижнів є SR-30.

• SR-30

Для нижчих температур затвердіння до 93 °C, SR-30 дає можливість створювати майже всі варіанти геометрії та може використовуватись доти, доки не знадобиться більш висока температура.

• SR-100

Для вищих температур затвердіння понад 121 °C, SR-100 може використовуватись як опція. Проте є обмеження по застосуванню геометрії та відсутній опис допустимих конструкцій деталі.

• SR-20™

Цей матеріал підтримки не дає жодних переваг та не перевірявся для стрижнів, тому не може бути рекомендований.

5.2. Альтернатива для високотемпературного затвердіння

Зауважте, що цей метод не використовує розчинні стрижні.

Для процесів, при яких характеристики температури та навантаження перевищують властивості матеріалів SR, стрижні вирощуються з матеріалу підтримки для пластику ULTEM 9085.

Замість вимивання стрижень видаляється механічно після обробки ацетоном, що робить його крихким та легким у видаленні. Такий метод рекомендовано для температур затвердіння смоли до 176 °C. Використання матеріалу підтримки для пластику ULTEM 9085 як матеріалу стрижня потребує зручного доступу до ручного видалення стрижня затвердіння композиту, тому цей метод є залежним від геометрії виробу.

Також треба враховувати при використанні матеріалу підтримки для ULTEM 9085, чи містить деталь з композиту закладні з алюмінію. На відміну від розчинних рішень для матеріалів SR ацетон не буде піддавати корозії алюміній.



6. ДОДАТКОВА ОБРОБКА

Після вирощення розчинного стрижня FDM треба підготувати його до

процесу викладання композиту.

6.1. Відокремлення структур підтримки.

Оскільки модельний матеріал міцніший за матеріал підтримки, що використовується при вирощуванні стрижня треба бути особливо уважним під час видалення матеріалу підтримки у місцях, де є значне перетинання між модельним матеріалом та підтримкою.

Малюнок 14: шліфовка розчинного стрижня до бажаної якості поверхні 6.2. Фінішна обробка поверхні (при необхідності).

Якщо шорсткість поверхні на внутрішніх стінках не задовольняє вимогам, треба загладити поверхні розчинного стрижня. Він може бути відшліфований вручну наждачним папером із зернистістю 120 - 600 (Малюнок 14). Додатково може використовуватись струмінь порошкової соди, перемішаної зі шкарлупою грецького горіха. Також якість поверхні з матеріалу SR-30 може бути покращена хімічно у спеціальній камері Finishing Touch® Smoothing Station.

6.3. Додавання стаціонарних елементів (при необхідності).

Якщо стрижень включає елементи, що вирощуються окремо або сторонні елементи, такі як точка приєднання оправки або закладну оснастку, використовуйте клей на основі цианоакрилату у посадочних поверхнях. Далі вставляйте елементи у розчинний стрижень.

6.4. Герметизація поверхонь. Малюнок 15: Покривання стрижня водорозчинним розділювачем після герметизації (SR-30 білий)

Коли смола з композиту вступить у контакт з поверхнею стрижня, він не зможе повністю розчинитись. Якщо так станеться композитна деталь матиме неоднорідну сітку з небажаного матеріалу на поверхні.

Необхідно нанести розділювач на поверхню стрижня.

Якщо розчинний стрижень має стаціонарні елементи (розділ 3.4),

Забороняється наносити розділювач на поверхні, що поєднаються з

композитним волокном.

6.4.1. Характеристики розділювача:

• Розділювач для композитних інструментів (Малюнок 15)

• Віск для розділення моделей

• Роздільна термоусадочна стрічка /трубка

• Розділююча система обгортання



Розділювач, що не розчиняється у воді, наприклад QuickSkin буде залишатись на деталі після вимивання стрижня і має бути окремо видалений.

Віск забезпечує непогане розділення для процесів з низькою температурою та тиском.

Віск, стрічка, трубка та система обгортання будуть герметизувати поверхні і одночасно виконувати роботу розділення стрижня від композитного волокна після затвердіння.



7. ВИГОТОВЛЕННЯ ДЕТАЛІ

7.1. Викладання композитного волокна.

Процес викладання або намотування композитного волокна (Малюнок 16) не потребує спеціального інструментарію та технології для обгортання розчинного стрижня.

7.2. Затвердіння композиту.

• Вакуумне обгортання (Малюнок 17)

Для мінімізації зморшок та швів на композитному волокні, що виникають внаслідок нагромадження обгортаючого матеріалу, треба натягнути обгортку та приклеїти краї до жорсткої поверхні. В ідеальному випадку залишиться тільки артефакт від обгортаючого пакету у місці, де з'єднуються його верхня та нижня частини.

• Замкнута форма

Порожнисті, тонкостінні розчинні стрижні можуть використовуватись у поєднанні з замкнутою формою з відкритою стороною. Зовнішній тиск давить на стрижень, направляючи його до замкненої форми завдяки вакуумному обгортанню через стрижень або використанню надутої порожнини всередині стрижня.

Малюнок 16: Обгортання композитного волокна навколо стрижня (білий SR-30)

Треба розраховувати на використання підвищених температур для пом'якшення стрижня та забезпечення передачу тиску на композитний матеріал.

• Обгортання термоусадочною трубкою

Термоусадочна трубка працює аналогічно стрічці, але має форму трубки та одягається на стрижень як носок.

• Термоусадочна стрічка

Обмотайте стрічку навколо шарів композиту. Після цього нагрійте стрічку для отримання тиску на стрижень.

Малюнок 17: Стискання композитних волокон (метод обгортання) 7.3. Затвердіння композиту

Як було зазначено вище, не можна перевищувати температуру затвердіння більше 121 ˚C для стрижнів з SR-100 або 93 ˚C для стрижнів з SR-30. Не можна перевищувати тиск затвердіння більше 550 kPa.

При використанні системи зі смолою, що твердіє при вищій температурі використовуйте процес у два етапи:

• Проведіть початкове затвердіння при низькій температурі.

• Видаліть стрижень (Розділ 7.4.2).

Як варіант стрижень може залишатись обгорнутим під час процесу остаточного затвердіння за умови, що при цьому стрижень не згорить або не розплавиться.

• Виконайте затвердіння при високій температурі.



7.4. Видалення стрижня.

7.4.1. Видалення торцевих шарів.

Якщо торцеві шари не були видалені при підготовці файлу (Розділ 4.4.3) треба зламати торцеві поверхні стрижня для того, щоб відкрити доступ розчину протікати через решітку, що заповнює стрижень. Це значно прискорить цикл вимивання. Один з варіантів – це просвердлити багато отворів великого діаметру через торець .

Далі вручну видалити якомога більше матеріалу стрижня.

7.4.2. Вимивання стрижня.

Занурюємо композитну деталь у ємність з нагрітим розчином (Малюнок 19). Не використовуйте ультразвуковий метод вимивання як неефективний при розчиненні стрижня.

Для прискорення процесу можна підвищити температуру розчину до максимально можливої, якщо у ємності знаходиться тільки стрижні з композитними деталями. Якщо є також інші деталі FDM у ємності треба обмежити температуру до рекомендованої для цього FDM матеріалу, щоб уникнути руйнування.

Малюнок 18: Процес затвердіння композиту з стрижнем SR-30 проходить на максимальній температурі 93˚C

Вкрай важлива хороша циркуляція розчину. У деяких випадках можливе застосування аксіального насосу для збільшення циркуляційної інтенсивності. Більшість конфігурацій, що потребують збільшення циркуляції мають довгі та вузькі проходи та проходи з великою кількістю крутих поворотів. При можливості можна подавати розчин безпосередньо через стрижень, використовуючи гнучкі шланги. Це може зменшити час вимивання до 75% та більше.

Простежте за процесом та заберіть деталь після повного вимивання стрижня (Малюнок 20). Процес завершується ретельним промиванням для видалення усіх залишків розчину.

Також приєднання гнучких шлангів до кінців стрижня та циркуляція безпосередньо через нього розчину показала хороше зменшення тривалості процесу по відношенню до процесу занурення.

Малюнок 19: Розміщення деталі у ємність з нагрітим розчином для вимивання стрижня (SR-30)

7.4.3 Видалення матеріалу підтримки для ULTEM 9085.

Налийте на стрижень ацетону, поки не розмокне. Далі механічно видаліть стрижень за допомогою биток або іншого відповідного інструменту.

Малюнок 20: Готова деталь після вимивання



8. КЛЮЧОВІ РЕКОМЕНДАЦІЇ ПРОЦЕСУ Наведена таблиця представляє типові перешкоди для впровадження розчинних стрижнів FDM для композитного волокна та рекомендації щодо їх вирішення.

Таблиця 1: Типові перешкоди та рішеня

8.1. Детальний опис рішень:

• Автоматизація процесу

- При ефективній організації робочого часу та збільшенні машинної автоматизації можна значно покращити ефективність виробництва.

• Проектування для FDM

- Проектуючи стрижні можна оптимізувати процес: самопідтримуючі кути, поверхні з постійною товщиною стінки, зміна заповнення, видалення матеріалу та товщина стінки.

- Можна використовувати налаштування траєкторії для створення стрижня: багатофункціональні контури, поєднання контурів та закриті зазори.

- Проектування стрижня враховуючи орієнтацію при вирощуванні.

- Проектування стрижнів, що витримуватимуть температуру та тиск під час процесу затвердіння.

Проблема Рішення

Автоматичні операції

Проектуван-ня для FDM

Контроль процесу

Додаткова обробка

Орієнтація деталі

Час будування

Продуктивність

не переважає

фрезерування

Протікання рідини

Смола проникає у

стрижень,

створюючи

проблеми з його

видаленням та

погану поверхню

Точність Розмірна точність

не відповідає

вимогам.

Якість поверхні

Видимість шарів

та траєкторії

створює погану

якість поверхні

Вартість матеріалу

Витратний

матеріал коштує

дуже багато.

Властивості матеріалу

Міцність

стрижня не

витримує

температури та

тиску циклу

затвердіння



• Контроль процесу

- Використовуючи можливості програми Іnsight можна задавати стиль заповнення стрижня та властивості в індивідуальних групах (міцність, протікання, вартість матеріалу та час вирощування).

- Обираючи товщину шару можна покращити деталізацію, якість поверхні та час вирощування.

- Можна налаштувати температуру затвердіння та параметри автоклавного процесу.

• Додаткова обробка

- Для згладжування поверхні: Герметики поверхонь (Zyvax QuickSkin).

- Для протікання: покривання поверхонь герметиками (Zyvax QuickSkin).

- Для точності: додаткове фрезерування.

• Орієнтація деталі

- Позиціювання деталі має значення для покращення точності елементів та якості і міцності поверхні.



9. ІНСТРУМЕНТИ ТА ДОПОМІЖНІ МАТЕРІАЛИ

9.1. Необхідні елементи:

• Інструменти та матеріали для:

- Нашарування композитного волокна (Малюнок 21)

• FDM SR-30, SR-100 або матеріал підтримки для ULTEM 9085

• Пристрій для вимивання WaterWorks від Stratasys

Малюнок 21: матеріали для викладання композитного волокна.

• герметик та розділювач:

- розділювач (e.g., Frekote® 700-NC)

- Термоусадочна стрічка (наприклад Dunstone або 3M™)

- Термоусадочна трубка (наприклад Soller Composites)

- Система обгортання (наприклад Stretchlon®)

- Герметик (e.g., Zyvax QuickSkin)

9.2. Ресурси:

• Розділювач: www.henkel.com

• FDM SR-30, SR-100 та рішення для вимивання: Stratasys.com

• Композитні волокна: www.sollercomposites.com Малюнок 22: Готовий продукт, композитне гальмівне сопло.

• Системи обгортання: www.airtechonline.com

http://www.henkel.com













http://www.sollercomposites.com



















http://www.airtechonline.com

















10. РЕЗЮМЕ – ГОЛОВНІ ФАКТОРИ УСПІХУ

10.1. Процедури:

• Композитні матеріали:

- Сумісні типи смоли та цикли затвердіння

• Розчинний стрижень:

- Стиль заповнення з подвійним зазором

- Інвертування матеріалів вирощування

- Герметизація поверхонь

• Вимивання стрижня:

- Ретельний процес нанесення розділювача або/та герметика

- Нагрітий розчин з хорошою циркуляцією

10.2. Усунення обмежень застосування.

• Вибір матеріалу:

- Розуміючи свій процес можна вибрати відповідний матеріал, що вимивається для оптимального результату.

• Можна застосувати готові рішення FDM з інструкцій по застосуваню.

Stratasys | www.stratasys.com | [email protected]

7665 Commerce Way

Eden Prairie, MN 55344

+1 888 480 3548 (US Toll Free)

+1 952 937 3000 (Intl)

+1 952 937 0070 (Fax)

2 Holtzman St.

Science Park, PO Box 2496

Rehovot 76124, Israel

+972 74 745-4000

+972 74 745-5000 (Fax)

ISO 9001:2008 Certified

© 2015 Stratasys. All rights reserved. Stratasys, FDM, and Finishing Touch are registered trademarks of Stratasys Inc. SR-20, SR-30, SR-100, ABS-

M30, Insight and WaterWorks are trademarks of Stratasys, Inc. ULTEM® is a registered trademark of SABIC or affiliates. All other trademarks are the

property of their respective owners, and Stratasys assumes no responsibility with regard to the selection, performance, or use of these non-Stratasys

products. Product specifications subject to change without notice. Printed in the USA.

TAG-FDM-SolubleCores-01-15-EN

http://www.stratasys.com



mailto:[email protected]

РОЗЧИННІ СТРИЖНІ ТА МОДЕЛІ fdm ДЛЯ КОМПОЗИТНИХ …€¦ ·...

Documents