UNIVERSITATEA TEHNICA DIN CLUJ-NAPOCA

UNIVERSITATEA TEHNICA DIN CLUJ-NAPOCA

FACULTATEA DE CONSTRUCTII MASINI

SECTIA TCMProiect Tehnologii Neconventionale

Moldovan Dan-GrigoreCuprinsDesenul piesei.....2Tehnologia clasica..4

Fabricarea matritei prin metoda clasica .....4

Sinterizarea selectiva cu laser SLS.....7

Alte tehnologi asemanatoare SLS...8

Argumentare alegeri metodei SLS......................9Principiu de lucru10

Companii care produc utilaje pentru SLS...11

Materiale..14

Sinterizarea cu laser a matritelor pentru injective16Finisarea pieselor prin Sinterizare Selectiva cu Laser.........18

Avantaje..............................................................................22

Comparare TN cu TC..23

Concluzi...24

Biblografie...25Proiect de semestruSa se proiecteze tehnologia de prototipare rapida a piesei surub, fabricat din plastic, seria de fabricatie 20 de bucati.

1.Desenul piesei

2.Tehnologia clasica de fabricatie2.1Fabricarea matritei prin metoda clasica

Intinerar tehnologic de fabricatie

De obicei pentru placile componente ale pachetului superior si inferior intinerarul tehnologic este urmatorul:-turnarea de material in placi de diferite grosimi

-debitare material din placile turnate

-rabotarea placa la dimensiunile dorite

-rectificare placa pe masina de rectificat plan

-prelucrare pe masina de gaurit in coordonate unde se dau gaurile pt miezuri ,etc

-frezarea lacasurilor sau cuiburilor daca este cazul

-lacasuserie se finiseaza la anumite neregularitati aparute in procesul de fabricatie

Pentru coloanele si bucsile de ghidare intinerarul tehnologic va fi urmatorul :-debitare material

-strunjire material la dimensiunile date de desenul de executie

-tratament termic pentru inbunatatirea duritatii

-rectificare

-montarea acestora in placile aferente

-dupa montarea bucselor de ghidare in placa acestea se rectifica pana ajung la nivelu placii pentru a nu impiedica matrita sa se inchida perfect

Componenta matritei:

-pachetul superior compus din placa de baza placa port cuiburi in functie de piesa cuiburile se pot face in pastille interschimbabile .In cazul nostru deoarece piesa este destul de mare si dreptunghiulara si un numar limitat pe piese ( 20 ) nu se vor folosi cuiburi interschimbabile-in functie de masina pe care se injecteaza se alge inelul de ghidare pe masina si bucse de injectare

-pachetul inferior care se realizeaza in functie de tipul de matrita sau de cum se realizeaza matrita si are in component :placa port cuiburi ,miezuri ,o placa de presiune ,distantiere si placa de baza

-placa port miezuri

-pachetul aruncator care are in componenta extractoarele cu aruncatoarele pentru piesa si reductoarele care la inchiderea matritei aduc pachetul aruncator in pozitia de injectare-placile din pachetul superior ,inferior si aruncator sunt ghidate de stifturi si prinse cu suruburi

-pachetul superior fata de pachetul inferior se ghideaza pe coloane asfel ca in pozitia deschis pachetului superior sa nu iasa de pe coloane

-matrita se prinde pe placile masinii cu bride3.Sinterizarea selectiv cu laser, SLS Procedeele sinterizrii selective (SLS Selective Laser Sinering) dezvoltate dup anul 1992 se

bazeaz pe experiena de proiectare i fabricaie dobndit pe echipamentele stereolitografice (STL)

dar i pe extinderea cercetrilor tehnologice asupra altor grupe de materiale cu proprieti mecanice i tehnologice mai apropiate de necesitile ansamblelor funcionale din construcia de maini (material ceramice, feroase i neferoase).

n acest mod s-a reuit s se demonstreze c un strat subire din anumite amestecuri de pulberi,

sub aciunea razei laser poate atinge local, n funcie i de durata de expunere, temperatura de topire

care marcheaz trecerea stratului de pulberi n faza lichid.

Pe baza proprietilor fizice ale pulberilor utilizate, imediat dup ncetarea aciunii razei laser are loc aproape instantaneu solidificarea local, obinnd un cordon compact, realizat dup direciile

lanurilor moleculare, nconjurat de un volum de pulberi neexpuse razelor amintite.

Pulberile metalice care pot fi utilizate cuprind o mare varietate de materiale care includ oelul

inoxidabil implantabil sau de uz general, superaliaje de cobalt sau nichel, aliaje de titan sau titan pur.

Toate aceste materiale au caliti fizice i mecanice deosebite, mai bune dect materialele turnate

sau forjate, astfel nct sunt recomandate pentru implanturi biomedicale, piese pentru industria

aeronautic sau industria auto.

3.1Alte tehnologi asemanatoare SLS

Tehnologia Selective Laser Melting(SLM) a fost descoperita in 1995 ,ea este o metoda de rapid prototyping care foloseste pulberi metalice cu graunti de 10 pana la 30 de micrometri pentru a crea suprafete dense

Este folosita in special pentru a creea scule din metal cu o rezistenta foarte mare .Imediat dupa terminarea procesului SLM piesele pot avea o duritate de aproximativ 550HV

Topirea selective cu laser foloseste un fascicol laser care topeste pulberea metalica in totalitate strat cu strat obtinaduse piesa dorita

In 1997 sa inceput creeare matritelor pentru injective de mase plastic cu un potential foarte ridicat in folosirea in seri medi productie

Post procesarea care este folosita la SLS ca sa mareasca duritatea pieselor nu mai este folosita si in procedeul SLM cea ce prezinta un avantaj majorPrecizia si rugozitatea pieselor facute cu procedeul SLM este mult mai buna decat la SLS In comparatie cu SLS SLM are mult mai multe firme producatoare de echipament SLM printre acestia se pot numara MTT(Germania),ARCAM(Suedia),Concept Laser(Germania),ITL Fraunhofer(Germania),Ino shape(Germania),Realizer SLM

3.2Argumentare alegeri metodei SLSSinterizarea selectiva cu laser este solutia ideala pentru:

Prototipuri complet funcionale cu proprieti mecanice comparabile cu cele de injectare piese turnate

Serie de elemente componente mici, ca alternative eficiente-cost pentruturnare prin injecie Piese mari si complexe functionale pana la 700x380x580 mm, ntr-o singur bucat

Fabricatie personalizat adic pentru producia de unicate, modele complexe, personalizate construit ca produse doar o dat sau n loturi mici.De ce sa alegi SLS :

Unele motive ntemeiate de a alege SLS:

-rapid -economic

-piese de folosin ndelungat i funcionale

- piese de mari i complexe

-producia direct de proiecte de volum redus

-libertate in constructie(nu necesita structura de sustinere)

-o gam larg de grade de finisaje - pot fi sigilate etan

3.3Principiu de lucru

Selective Laser sintering este bine cunoscut ca una din tehnologiile care asigur cea mai rapid cale de la ideea de produs la lansarea pe piaa a acestuia. Compani inovative din intreaga lume folosesc aceast tehnologie pentru execuia foarte rapid, flexibil i cu costuri minime de piese, direct din format electronic n orice faz a ciclului de fabricaie.

Laserul este o emisie stimulata de fotoni. Pentru ca o raza de lumina sa fie un laser trebuie sa aiba urmatoarele caracteristic principale:

1. Puritate spectrala, adica lumina sa fie monocromatica;

2. Sa aiba directivitate;

3. Sa aiba densitate de putere.

La o masina de prelucrare cu laser putem regla distanta focala astfel incat sa obtinem diametrul dorit al fasciculului laser in planul de lucru.

Sinterizarea Selectiva cu Laser este un proces prin care se pot fabrica atat piese din material plastic cat piese metalice.

SLS este un proces ciclic care este format din:

4. aplicarea stratului subtire de pulbere;

5. expunerea patului de pulbere la fascicolul laser;

6. coborarea platformei pentru depunerea unui nou strat de pulbere.Ratele ciclice de depunere depind de tipul masinii, tipul pulberii, puterea fascicolului laser. Grosimea stratului indiacta este de 0,1 mm pentru pulbere din poliamida si 0,08 mm pentru pulberea metalica

Poate fi indicata de asemenea viteza rolei, cantitatea de material care va fii depusa din tancurile de alimentare precum si timpul de asteptare intre doua straturi succesive.

Grosimea minima a peretelui piesei realizate este de 1,5 2 mm. Procedeul SLS simplifica mult activitatea de proiectare a formei de turnare. Nu mai sunt necesare suprafete inclinate pentru extragerea materialului din forma, deasemenea sunt realizabile si forme netehnologice. Totodata numarul miezurilor este redus semnificativ.

3.4Companii care produc utilaje pentru SLS

Utilajele sunt produse de ctre doi fabricani majori; EOS GmbH situat pe lng Mnchen i DTM (acum deinut de 3D Systems din California) i suntem capabili n mod unic de a construi pe ambele prototipuri EOS i maini DTM. Suita noastr de maini are unele dintre cele mai mari maini de SLS - trei EOS P700, dou EOS P360 i aDTM HiQ 2500 Plus - prin urmare, ne permit s ofere masini optime pentru a satisface cerinele clienilor notri.

n mare parte, sunt construite n buci unic de pn la un volum de a construi pe 700x380x580mm P700 lui; reducerea nevoii de articulaii i de post-montaj sporind n mod semnificativ funcionalitatea acestora. P360 permite de piese care urmeaz s fie construite pn la 620x340x340mm, i pri mai mici, cu mai fine detalii pot fi realizate pe DTM.

Compania 3DSystems ofera tehnologia producerii pieselor din polistiren prin tehnologia SLS. Astfel se pot realiza piese cu dimensiuni complexe. Timpul de productie este scazut si deci timpul de iesire pe piata a unui produs nou se reduce si asigura posibilitatea de testare a prototipurilor in faza initiala de proiectare

3D systems Vanguard

EOS a dezvoltat tehnologii si procedee de Prototipizare Rapida inca din 1989. In prezent compania este unul din principalii producatori mondiali de sisteme SLS in RP, RT si RM (Rapid Prototyping, Rapid Tooling si Rapid Manufacturing).

Tehnologia sinterizarii laser este cunoscuta ca si o tehnologie a posibilitatilor multiple datorita faptului ca se asigura traseul cel mai scurt de la ideea produsului la lansarea pe piata.

EOSINT P 760 este un sistem foarte productiv pentru realizarea pieselor termoplastice. Realizeaza piese de plastic complet functionale. Sistemul poate realiza piese fara a avea nevoie de structuri de suport. Capacitatea maxima pe inaltime este de 580 mm ceea ce favorizeaza sinterizarea unor componenete de plastic de dimensiuni considerabile, fara a avea nevoie de procese de imbinare ulterioara.

Caracteristicile distinctive ale sistemului Eosint P 760 se reflecta in calitatea piselor produse, productivitate, gradul inalt de automatizare, managmentul materialelor profesionale, conceptia ergonomica a perifericelor si deci sistemul este perefect integrabil intr-un mediu industrial

3.5Materiale

Exist o gam larg de materiale disponibile pentru producia de prototipuri,cele mai utilizate sunt prezentate in tabelul de mai jos:

Pentru realizarea matritei vom folosi LaserForm A6.Aceasta este o mixtura de fier,crom si liant organic.Are excelente proprietati mecanice ,o suprafata de pana la 5 microniplus o buna rezistenta la coroziune este recomandat pt o gama larga de aplicatii

Specificati tehnice:

3.6Sinterizarea cu laser a matritelor pentru injectie

Ultimul trend in fabricarea matritelor pentru injectie de mase plastice este fabricarea lor prin Rapid Prototiping prin tehnologia Selective Laser Sintering (SLS) si Direct Metal Laser Sintering(DMLS)

Unele cazuri industriale din procesul de fabricaie rapid sunt matrite pt injectie care vor fi discutate. Principalele puncte de interes n timpul cercetrilor au fost costul de producie i obinerea preciziei dimensionale i rugozitatea suprafeei.Exista mai multe tehnici tipice pentru a termina cavitatea i inserii care au fost investigate. O explorare scurta de conformare a fost facuta la canale de rcire

Dealungul anilor evolutia materialelor matritelor pt injectie fabricate prin sinterizare selectiva cu laser au fost facute pe masina DTM Sinterstation 2000 ,ele sunt urmatoarele:Rapidsteel 1.0 (avg 55 m)

Rapidsteel 2.0 (avg 34 m)

Laserform ST-100 (avg 23 m)

Evoluia costurilor (1999-2002).Pentru a obine o indicaie a evoluiei costurilor de fabricatie rapid de scule se compara preul de fabricatie si costul total de producie (material + forei de munc) ntre ani consecutivi, iar, de asemenea, preul unui produse n mod convenional a matritelor este indicat ca un punct de referin.

Rugozitatea: n general, rugozitatea suprafeei depinde de direcia de msurare. selectiv cu laser sinterizare care creeaz straturi succesive, cu ogrosime constant. grosimea este facuta cu pai mici, n special pe o suprafa nclinat. Fascicul laser (paralel cu straturi) are o rezoluie mai bun Este necesar s se mbunteasc suprafaa cavitati i mai multe tratamente au fost testate: Sablarea mbuntete rugozitatea suprafeei considerabil Electro descrcarea de gestiune pentru prelucrare (EDM) ajut la mbuntirea rugozitati Acuratetea:este prezentata in tabelul de mai jos:

Concluzie: Cercetarea prezentata arat c este posibil s se fac cu matrite prin SLS si nu exista nici o limitare acestui proces,matritele sunt potrivite pentru seri de produse medi Cu echipamente disponibile numai in laborator si oameni cu experienta cu toate acestea nu se obtine o precizie mai buna de 0,1mm si o calitatea suprafetei de 4mmRA3.7Finisarea pieselor prin Sinterizare Selectiva cu Laser

In aceasta lucrare este prezinta metode de finisat suprafete prin (SLS)In present unul din principalele dezavantaje este rugozitatea suprafetelor rezultate prin (SLS)Prin urmare suprafetele trebue sa fie lustruite manual cu materiale abrazive

Cu toate acestea, n lucrarea de fa,avem o suprafa de lustruit metod bazat privind iradierea laser este prezentat. Fascicul laser topeste un strat microscopice pe suprafaa, care re- solidific sub protectia de gaz, rezultnd ntr-o suprafa mai neted.

Testele lustruire laser pentru linii, suprafee plane i planuri nclinate au fost efectuate, cu rezultate satisfctoare, n toate cazurile.teste experimentale au fost efectuate pe piese de ncercare sinterizate cu o rugozitate iniial de 7.5 - 7.8 mm Ra. Materialul testat este un aliaj comercial LaserForm ST-100, compus de oel inoxidabil i bronz sinterizat infiltrat care este utilizat n principal pentru constituirea de matrite de injectie

Rezultatele experimentale prezinta rugozitatea suprafeei finale de mai jos 1.49 mm Ra, care reprezint o 80.1% reducerea rugozitatea medie. n cele din urm, o analiz complet de sonde de testare i a compoziiei sale metalurgice este prezentat. Lund n considerare c materialul prezint o structuri non-omogene, cu feele lustruite prezenta valori uor mai ridicate duritate i sunt mai omogene dect cele iniiale. Astfel, suprafeele lustruite nu prezinte nici cldur in zon afectat sau fisuri, care ar putea provoca insuficien n timpul operaiunii

Teste experimentale si rezultate

Materialul pe care s-au facut testele este LaserForm ST-100 un aliaj care este compus din 60% otel(AISI 420)si 40% bronz.El este optim pt aplicatile de turnare prin injectie

Sa inceput cu construirea piesei pe masina SLS rezultand o suprafata poroasa apoi a fost infiltrat bronz in scopul de a reduce porozitatea si cresterea proprietatilor mecanice Puterea laserului este de 2500W

Testele experimentale au fost mprite n trei grupe: simple n linie de teste de lustruire plane, suprafa plan lustruire teste i teste 3D-lustruire. n Fig. 2 testatepiese de geometrie sunt afiate.

n primul rnd, pentru a verifica viabilitatea procesului, o serie de teste simple linie au fost efectuate n suprafee plane. Testul pri a fost fabricate de SLS cu o grosime de strat 0.15 mm, rezultnd pe o rugozitatea medie iniial de 7,5 mm Ra, care este o valoare comun pentru suprafete sinterizate. Testat Zona a fost un LaserForm ST-100 25 90mm suprafa plan. Parametrii testelor experimentale sunt prezentate n tabelul 1. Pentru toate testele, argon a fost injectat coaxial ca gaz de protectie

Rezultatele arat reduceri clare de rugozitate exprimate LaserForm material ST-100, care const pe sinterizate AISI 420 din otel inoxidabil infiltrat cu bronz. Reducerile msurate sunt reduceri de pn la 80% n Ra parametru. Asta nseamn o rugozitate final de 1.2 - 1.3 mm Ra ntruct, rugozitatea suprafeei iniial a fost n intervalul de 7,5 mm Ra. Lustruirea a fost efectuata linear, n scopul de a validarea procesului i pentru a gsi parametrii optimi Acest studiu a fost efectuat prin utilizarea unui DoE, n plusla procedura experimental. Odat ce parametrii optimi au fost gsite, lustruirea suprafetelor plane a fost testat prin suprapunerea de teste liniar. Rezultatele experimentale arat c indicele optim suprapuse este de aproximativ 15-30%. n cele din urm, o parte test 3D, n form de trei planuri nclinate a fost proiectat i testat. Testele de polisare au fost programate cu ajutorul unui sistem CAM i rezultatele experimentale arat c procesul poate fi aplicat pentru orice geometrie, n timp ce densitatea de energie este meninut

n cele din urm, se poate concluziona c procesul de laser-lustruire implic doar un strat microscopic de zona tratat, aceasta nseamn c rugozitatea suprafeei este doar afectat n timp ce formularul sau erori si macrogeometry original nu este afectat.

3.8Avantaje

Pri i / sau ansambluri care se mic i de a lucra, care au un finisaj de suprafa bun i detaliu caracteristic

sinterizare selectiva cu laser (SLS) ofer capacitatea de a snaps flexibile i balamale via, precum i de stres ridicat si toleranta de cldur

larga varietate de materiale, cum ar fi materiale plastice rigide i flexibile, materiale elastomerice, dens i turnarea metalelor pe deplin modelele

Strnse tolerane dimensionale tot drumul pn la miimi dintr-un inch

capabiliti de finisare care includ pictura pentru prezentari, de tarodat sau filetat de utilizare i inserii pentru ansambluri

Rapid timp de livrare de cele mai multe pri i / sau modele, n cteva zile

Dezavantaje

Imposibilitatea reluari procesului daca se ia curentul

Procesul in sine este destul de scump

Se preteaza numai pt seri mici si unicat3.9 Comparare TN cu TC

Tehnologia clasica este costisitoare si complicata si se recomanda doar in cazul in care se doreste realizarea unor piese in serie mare si foarte mare. Odata realizate matritele de injectare, piesele obtinute au un cost mic, iar cand seria de productie este foarte mare costul matritelor de injectie se amortizeaza pe parcurs.

Tehnologia neconventionala se recomanda pentru piese in serie mica. Realizarea pieselor nu presupune folosirea unor scule, masini, dispozitive de masurare speciale, altele decat masina SLS propriu-zisa. De asemenea, munca operatorului se reduce la realizarea modelului CAD, stabilirea parametrilor de lucru ai masini, iar de aici masina lucreaza singura fara a avea nevoie de efortul operatorului.

Nu exista pierderi de material. Pulberea nefolosita de masina SLS poate fi reutilizata ulterior la fabricarea altor piese, deci nu exista pierderi sau pierderile sunt minimale. Prin tehnologia clasica se pierde mult material (aschiere, finisare).

Sculele folosite in tehnologia clasica sunt costisitoare, este necesara inlocuirea si verificarea lor periodica.

In tehnologia clasica pot aparea erori de prelucrare datorita factorului uman. Odata aparute aceste erori in majoritatea cazurilor se reia procesul de fabricatre de la 0 deci costurile se maresc.

Precizia dimensionala a masinii SLS este buna, comparativ cu tehnologia conventionala de realizare a matritelor de injectie.

Piesele cu suprafete complexe (freeform) nu pot fi realizate prin tehnologia clasica sau necesita costuri heoret de mari. In schimb, tehnologia neconventionala permite realizarea unor piese complexe geometric la acelasi cost cu piese foarte simple.

Ca si gabarit al pieselor de realizat, tehnologia neconventionala este limitata de heoret de lucru al masinii SLS, in timp ce heoretic tehnologia clasica permite realizarea unor piese de orice dimensiuni.

4.Concluzi

Aplicatii ale tehnologiei de prototipizare rapida in design:

-proiectantii pot sa vizualizeze rapid si sa confirme designul unui produs nou prin realizarea unui model fizic in timp minim prin tehnologia RP

-reducerea timpului de producere a prototipurilor

-imbunatateste abilitatea de a vizualiza geometria produsului proiectat

-detectarea tn faza iniala a erorilor de design, inainte de inceperea productiei de serie

-in cazul ansamblurilor de piese se poate determina daca piesele componente pot fi montate impreuna inca din faza initiala si astfel se pot remedia unele defecte de proiectare din faza timpurie

Aplicatii in fabricatie

-in producerea unor piese de plastic in serie mica care prin procedee traditionale de injectie in matrita nu pot fi realizate datorita costului ridicat de realizare a matritei

-piese cu geometrie complicata care nu pot fi realizate fara realizarea unor subansamble prin procedee conventionale

-unicate, cum ar fi protipurile pentru realizarea de implanturi de inlocuire a structurii osoase.

Consider ca tehnologiile neconventionale vor inlocui tehnologiile conventionale in viitor. Un aspect care ar favoriza utilizarea tehnologiilor neconventionale pe scara larga ar putea fi realizat prin reducerea costurilor materialelor si a utilajelor folosite, marirea suprafetelor de lucru ale masinilor de prototipizare rapida pentru a permite realizarea unor modele de dimensiuni mari, diversificarea gamei de materiale folosite.

BIBLIOGRAFIEwww.3dsystems.com BERCE, P., BLC, N., s.a., Fabricarea rapida a prototipurilor, Editura Tehnica, Bucuresti, 2000www.Sciencedirect.comhttp://www.protocam.com/html/materials-sls.htmlhttp://www.lasersintering.com/sls-information.php#slshttp://www.custompartnet.com/wu/InjectionMoldingwww.scholar.google.comhttp://books.google.ro/books?id=9T5kd-ewRE8C&pg=PA762&lpg=PA762&dq=vacuum+casting+vs+metal+spraying&source=bl&ots=5eU0rCurLD&sig=0gjoMRbEz4jQSXrxcWo3e9VTaSE&hl=ro&ei=splBTa7kMYLDswb-yuDDDg&sa=X&o#v=onepage&q&f=falsehttp://www.materialise.com/why-laser-sintering

PAGE 1