Irodalomjegyzék 7. fejezethez
10. Gyors prototípus-készítés (Weltsch Zotán)
10.7 A gyors prototípusgyártás öntési módszerei kis sorozatok előállítására
10.7.1 Öntési eljárások
A következő öntési eljárások közös vonása, hogy a gyors prototípusgyártás eljárásaira alapozva kis darabszámú úgynevezett nullszériás gyártás valósítható meg velük. (Szokás eze-ket „Rapid Manufacturing” gyors gyártási eljárásoknak is nevezni.) Ezen eljárások nem új keletűek, de a gyors prototípusgyártás térnyerésével fokozatosan előtérbe kerültek. Az öntési eljárások lehetővé teszik az összetett geometriával rendelkező alkatrészek végleges gyártás-hoz közeli állapotú, gyors, anyagtakarékos előállítását.
10.7.2 Vákuum-öntés
A gyors prototípusgyártásban ez az eljárás általában a sztereolitográfiával kapcsolódik össze. A vákuum-öntésnél egy szilikongumi-szerszámot készítenek, amit műanyag alkatré-szek öntésére használnak. A kiindulópont egy sztereolitográfiával vagy esetleg hagyományo-san előállított elsődleges mintadarab (valós formájú prototípus). Ezt a szükséges helyeken szigetelő szalagokkal leragasztják (ami a későbbi leválasztást könnyíti meg), majd az öntő-forma-dobozban rögzítik, és öntőcsonkkal látják el. Ezután különleges folyékony szilikonnal körbeöntik (negatív formaüreget készítenek). A szilikonformát kikeményedése után felvágják, és a modellt kiveszik belőle. Ezt a beöntő nyílás és levegőző csatornák elkészítése majd újabb keményítési fázis követi. Az így előállított formát vákuumberendezésbe helyezik, majd külön-leges kétkomponensű műanyaggal vákuum alatt kiöntik.
Nem csak poliuretán, hanem epoxi- és poliésztergyanták, gipsz, gyanta és esetleg ala-csony olvadáspontú fémötvözet is felhasználható az öntéshez.
Technológia folyamatai:
vákuumozás, keverés beöntés vákuumozás kikeményítés (35 C, 12 óra) felvágás levegőző csatornák készítése keményítés (75 C, 3-12 óra) műanyag beöntés szi-lárdítás a formában (75 C, 45 perc)
A forma zsugorodásának mértéke 1% alatt marad. A vákuum-öntés segítségével korlátozott számú (25-30 db) alkatrész önthető. Az alkatrészek formájukat és anyagukat tekintve sorozat-szerűek. A minimális falvastagság: 0,5 mm.
A vákuum-öntés előnyei:
költségkímélő eljárás,
a sorozatgyártáshoz hasonló anyaggal végezhető, bonyolult geometriájú modellek is használhatók, a forma ferdeségét nem kell figyelembe venni,
viszonylag nagyobb méretű alkatrészek is előállíthatók (500 X 500 X 500 mm).
A vákuum-öntés hátrányai:
korlátozott az előállítható alkatrészek száma,
az egyes részletek pontossága a szilikonszerszám elasztikussága miatt kissé vál-tozhat,
a sorozatgyártás anyagával nem lehet önteni.
Alkalmazási példák:
karcsú és összetett modellek kis darabszámú előállítása.
10.7.3 Centrifugál-öntés
A centrifugál-öntés olyan forma másoló technika, amellyel az öntőmintára alapozva nagyszilárdságú cinkötvözetből (zamak) állítanak elő alkatrészeket (ezen kívül műanyag al-katrészek előállítására is alkalmas). A szükséges minta készülhet hagyományos módon vagy akár gyors prototípusgyártási eljárásokkal, pl. sztereolitográfiával vagy lézeres szintereléssel.
A szerszám előállításához használt modellt előzetesen az öntési technológiához, az elcsurgá-sok figyelembevételével elő kell készíteni. Az előkészített modellt lágy szilikon-kaucsukba ágyazzák, majd nyomás alatt vulkanizálják. A kikeményítés után a mintát kiveszik, a „gumi-szerszámba” öntőnyílást és levegőző nyílásokat vágnak.
A gumi öntőmintába a kritikusan pontos helyekre teflon-betéteket szoktak helyezni.
A technológia folyamatai:
modellkészítés szilikon-kaucsukba ágyazás vulkanizálás modell kivétel levegőző nyílások kialakítása öntés öntvény eltávolítás
Minden öntőszerszámot a forgástengely körül körkörösre készítenek, ugyanis a zamak beön-tésénél a szerszám, a tengelyében lévő beöntő nyílása körül forog. Ezért a mintákat is a for-gástengelyhez képest koncentrikusan helyezik el, így a centrifugális erő segítségével töltőd-nek fel az öntőformák.
A megforgatásnál összenyomják a két öntőforma-felet (n=200-400 fordulat/perc). A maximá-lisan előállítható alkatrészméret: 180 X 90 X 60 mm. A közepes falvastagság meg kell haladja a 2 mm-t.
A cetrifugál-öntés előnyei:
a fém prototípusok kis darabszámban gyorsan előállíthatók, kis és közepes széria legyártására alkalmas.
A cetrifugál-öntés hátrányai:
csak korlátozott méretű és összetettségű alkatrészek öntésére használható,
a maximálisan elérhető tűrés a névleges méret (+/-) 0,2 %-a, de legalább 0,2 mm, kizárólag csak zamak használható az alacsony olvadáspont miatt,
az alkatrészek az alumíniumnál nehezebbek.
Alkalmazási példák:
egyszerű geometriájú fém prototípusok előállítása zamakból, kis és közepes szériák legyártására alkalmas.
.
10.7.4 Precíziós öntés
A precíziós öntés általában a sztereolitográfiával készített elsődleges úgynevezett „elve-sző” modellel összekapcsolódó előállítási folyamat. Ezeknek a modelleknek a szerkezete méhsejtszerű, nagyon könnyűek és belül üregesek. Az „elvesző” modellek más gyors prototí-pusgyártási eljárással is előállíthatók:
lézerrel szinterezett polikarbonát, polisztirol, viasz modellek (vagy True-form – EOS),
FDM-eljárással előállított viasz modellek, LOM-papírmodellek.
A modell anyagának kis hőtágulási együtthatójúnak (vagy esetleg negatív hőtágulási együtt-hatójúnak, pl. speciális gyanták) kell lennie, hogy a kiolvasztáskor a hőtágulás a formát ne repessze szét (ezt segíti az üreges szerkezet is). Két módszer ismert: mártogatásos és a beönté-ses.
A modellt sűrűn folyós, viszkózus formázókerámiába merítik, amely speciális homok és kötőanyag keveréke. A merítést többször is elvégzik, amíg a forma falvastagsága a 6-15 mm-t eléri. A végleges homokba ágyazás és szárítás után előáll a keramikus héj, ami több egymásra kötött rétegből áll. Ez a lépéssorozat több napig is eltarthat.
Beöntésnél az öntőszekrénybe beteszik a modellt, majd a viszkózus kerámiával körbeöntik.
Azután a keramikus héjat az öntőszekrénybe helyezik, és homokkal fedik be, majd a modellt kiolvasztják. Az így előálló üres héjat kiégetik, hogy az öntésnél használni kívánt fémötvözet olvadékot meg tudja tartani, és a kiolvasztás után visszamaradt anyag kiégjen.
A papírmodelleket (LOM) kiégetik.
A gyanta, viasz kiolvasztását autoklávban végzik: kb. 180 C-on, 8 bar nyomáson. A kiégetés:
kb. 1000 C-on, 1-2 óra (beöntéses eljárásnál: 12 óra) időt vesz igénybe. Pontosság: a teljes méret (+/-) 0,6%-a, felületi érdesség: RZ=6-23 m.
Nagyobb sorozatgyártás kis darabok estében úgynevezett fürtöket képeznek egy fő vázra több formát erősítenek, melyeket már az első lépéstől kezdve csoportosan kezelnek.
A kiöntés erősen felmelegíti az öntőformát, ezért előfűtést alkalmaznak. A lehűtés után a ke-rámiaformát széttörik, a beöntő csonkot eltávolítják.
Mivel ennél az eljárásnál a minta mindig elvész, minden egyes öntött alkatrészhez új modellt kell előállítani.
A precíziós öntés folyamatai (10.16. ábra):
elvesző modell mártogatás homokozás öntőszekrénybe helyezés feltöltés homok-kal modell kiolvasztás forma kiégetés öntés forma eltávolítás
10.16. ábra: A precíziós öntés folyamata [1]
A precíziós öntés előnyei:
jó felületi minőség érhető el,
nagyon jó szövetszerkezet alakul ki, relatív nagy pontosság,
jó a forma leképezés minősége,
összetett, karcsú alkatrészek is előállíthatók, sokféle öntőanyag választható.
A precíziós öntés hátrányai:
viszonylag hosszadalmas eljárás, egy gyártmány – egy modell, minimális falvastagság kb. 1,5 mm.
Alkalmazási példák:
kis darabszámú alkatrészek előállítására alkalmas,
nagyon pontos, nagy szilárdságú prototípusok előállíthatók.