www resursebibliografice ro lucrare de diploma

I. INTRODUCERE

1.1 Notiuni generaleDin 1987 cnd a fost comercializata prima masina de fabricare rapida a prototipurilor (RP),prin

stereolitografiere (SLA), au fost dezvoltate foarte multe alte tipuri de masini RP folosind diferitetehnologii de fabricatie. ntre acestea se pot aminti sinterizarea selectiva cu laser (SLS), solid groundcuring (SGC), laminated object manufacturing (LOM), tiparirea tridimensionala (3DP), fused depozi-tion modelling (FDM), solid creation system (SCS), solid object ultraviolet lasr plotter (SOUP), se-lective adhesive and hot press (SAHP), multi jet modelling system (MJM), direct shell productioncasting (DSPC), multiphase jet solidification (MJS), prelucrarea cu particule balistice (BPM), etc.

De regula, majoritatea tehnologiilor RP construiesc piesa prin adaugarea de straturi succesive(vezi fig.1.1), exceptie facnd tehnologiile holografice. Modelele CAD solide sau de tip suprafete, tre-buie convertite n format STL. Fisierul STL contine o lista de fatete triunghiulare reprezentnd suprafeteleobiectului ce trebuie construit, mpreuna cu un vector unitar (versor) normal la fateta triunghiulara asociatei. Fatetele triunghiulare sunt generate printr-o procedura numita tesselation. Fisierul n format STLeste transmis masinii RP. La marea majoritate a sistemelor RP, procesul de construire al modelului estecomplet automatizat, astfel nct operatorul poate lasa masina sa lucreze singura, chiar si-n timpul noptii.Procesul dureaza de regula mai multe ore, n functie de marimea, complexitatea geometrica si numarulpieselor construite simultan. Calculatorul sistemului RP va analiza fisierul STL, va sectiona n straturisuccesive modelul CAD si (n functie de tipul masinii) va construi suporti acolo unde este necesar. Secti-unile prin modelul CAD sunt materializate succesiv prin solidificarea unor lichide ori pulberi, prin topireaunor solide, lipirea unor straturi succesive de material, etc. n final, dupa ce modelul a fost construit, nfunctie de tipul sistemului, sunt necesare operatii ulterioare de curatare, ndepartare a suportilor etc. 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData

Se spune ca diversitatea aplicatiilor din domeniul RP este impresionanta si este limitata numaide imaginatie. Tehnologiile RP se aplica cu succes n industrie, medicina, arhitectura, medicina legalaetc. Dupa cum se poate observa si din figura 1.2, modul n care sunt utilizate tehnologiile RP arata astfel:

[a.] Verificarea rolului functional al unui produs (22.7%);Verificarea asamblariiunor repere (18.2%);Studii ergonomice (4.6%);Estimarea pretului produselor (1.4%);

Oferte de fabricatie (3.6%);Modele pentru Rapid Tooling (RT) (13.4%);Modele pentruturnarea metalelor (6.3%);Fabricarea de scule (3.7%);Verificarea ideilor de proiectare(16.9%);Verificarea proiectarii sculelor (5.4%);Altele (3.8%).

0x08 graphic: StrangeNoGraphicData

1

Industria producatoare de sisteme RP a cunoscut ncepnd din anii 88 relativ o con-tinua crestere a vnzarilor (vezi fig. 1.3). Cresterea moderata a vnzarilor de sisteme RPse datoreaza n cea mai mare masura preferintelor pentru tehnologii bine cunoscute, cu per-formante de precizie ridicate, preturi de cost mici, usoare de ntretinut si folosit etc.

In ceea ce priveste utilizarea efectiva a sistemelor de fabricatie rapida a pro-totipurilor, se cunoaste [Wohler,2001] ca fata de 1.86 milioane modele produse n 1998 printehnologii RP, sau 2.34 milioane modele RP produse n 1999, n anul 2000 s-au pro-dus 3004006 modele RP. In medie s-au realizat doua copii ale aceluiasi model proiec-tat, aceasta nsemnnd ca s-au realizat aproximativ 1.46 milioane prototipuri diferite.

In figura 1.3 este ilustrata repartizarea la nivel mondial a sis-temelor RP instalate de la nceputuri si pna n anul 2000. 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData Astfel, dintr-un total de 6755 sisteme RP vndute pna n anul 2001 avem n:

[a.] America de Nord (45.3%); Asia/Pacific (28.6%); Europa (24.6%); In rest (1.5%).

n ultimii ani s-au publicat foarte multe lucrari, articole, carti n diverse jurnale sau la con-ferintele din domeniul tehnologiilor de fabricare rapida a prototipurilor. ntre acestea pot fi mentionatelucrarea [John,1994] ce descrie majoritatea procedeelor RP, [Ippo,1995] n care se face o comparatie ntreprecizia geometrica si rugozitatea suprafetelor prelucrate pe sistemele SLA, SGC, SCS, FDM si LOM,[Dick,1995] care trece n revista o serie de tehnici de lucru si respectiv aplicatiile lor n domeniul RP, etc1.2 Materiale folosite

Materia prima utilizata de aceste tehnologii poate fi: lichida pulbere sau solida. Pro-cedeele care folosesc materia prima n stare lichida, pot fi clasificate la rndul lor n doua grupe:

1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.1.2.3.4. Cele care folosesc polimeri lichizi, ca materiale de baza, iar solidificarea se re-alizeaza la impactul cu lumina, de la laser de mica putere sau prin ncalzire(polimerizare termala).

Cele bazate pe topire, depunere si de resolidificare a materialelor. Ele permitfolosirea de metale precum si plastic sau lichide. (procesul F.P.M)

Alte procedee folosesc ca materie prima pulberea. Legarea particulelor de pulbere poatefi realizata prin fuziune n aria de contact a particulelor de aceeasi fel, sau cu particuledintr-un alt material, care se va construi ca material complementar special pentru acest pro-ces (S.L.S), sau lipirea particulelor n zonele de interes cu substanta speciala (3D printing).

2

n final, unele procese folosesc materia prima n stare solida n special folii subtiri. Ctevaprocedee realizeaza lipirea sau sudarea foliilor, n grosime, pentru a produce forma solicitata. Alteprocedee, folosesc semipolimerizarea foliilor de plastic, care sunt fixate mpreuna printr-o alta fotopolimerizare. n functie de materia prima folosita, tehnologic R.P. se pot clasifica conform tabelului 1.

0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic:

StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic:StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData

0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08graphic: StrangeNoGraphicData

0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData

0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08graphic: StrangeNoGraphicData

0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData

0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic:

StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData



3

II. SISTEME DE FABRICATIE RAPID A A PROTOTIPURILOR

2.1 Clasificarea diferitelor procese RP

Sunt diferite puncte de vedere n ceea ce priveste clasificarea tehnologiilor RP. Astfel [Burn,1993]clasifica tehnologiile RP n doua categorii: aditive si procese hibrid. Dupa Burns, termenul de procesRP aditiv descrie acel proces RP la care obiectul este construit prin adaugare succesiva de particule saustraturi de material n vederea obtinerii unui volum solid avnd o anumita forma geometrica. Lipireastraturilor decupate n decursul procedeului LOM este considerat un proces RP hibrid deoarece conturulsectiunii prin piesa este decupat dupa ce stratul curent de material a fost n ntregime lipit. Dintre proce-sele RP aditive Burns mentioneaza procesele SLA, SLS, Cubital, prelucrarea cu particule balistice, etc.

0x08 graphic: StrangeNoGraphicData Johnson clasifica procedeele RP n functie de modulde materializare a straturilor succesive [John,1994]. Interactiunea dintre semifabricatul de masam si respectiv cantitatea de energie W genereaza un strat fizic, a carui variatie de putere este:

Primul termen din relatia (2.1) reprezinta procesul n care materialul de masa m este activat, n-laturat sau lipit datorita unei cantitati de energie W variabila. Coeziunea moleculara, lipirea par-ticulelor sau straturilor pot fi clasificate n functie de variatia energiei din cadrul procesului RP. Aldoilea termen din relatia (2.1) semnifica modul de control al materialului de masa variabila m prinintermediul energiei W. Depunerea de picaturi, de particule sau depunerea prin topire sunt ncadraten cadrul acestor procese cu masa variabila. Kochan si Chua [Koch,1995] clasifica procedeele RPdupa starea initiala a materialului si metoda de fabricatie, dupa cum se poate vedea n Tabelul 2.1.

Tabelul 2.1

FOTOPOLIMERIZARE LAMINARE SINTERIZARECU LASERDEPUNERE

DE PIC ATURIADEZIUNE,

LIPIRE

Cu laser Prin ecran

SLA (3DSystem) SGC(CUBITAL) LOM (Helisys) SLS (DTM)MJS

(Fraunhoner)MJM

(3DSystem)

SOLIFORM(Teijin Seiki)

ZIPPY System(Kinergy)

DSPC(Soligen)

4

SOUP (Mitsubishi) 3D Printing(MIT)

FDM(Stratasys)

STEREOS (EOS) SAHP (KIRA)

RPSystem (Meiko)

2.2 Procedee de fabricatie rapida a prototipurilor2.2.1 Fabricarea de piese stratificate (LOM)

Fabricarea de piese stratificate (LOM) este o metoda de fabricatie n care un model 3Deste construit plecnd de la o reprezentare CAD (model solid) prin adaugarea secventiala a secti-unilor. Procedeul contine trei faze importante: preprocesarea, construirea modelului si respectivpost procesarea. Echipamentul este controlat n ntregime de calculator. Aceasta include con-trolul sistemului laser, al mecanismului de avans al foliei de material, al temperaturii si al mecan-ismului de avans al rolei ncalzitoare si al mecanismului de deplasare al platformei de lucru (vezifig. 2.1). Principalul producator mondial de astfel de masini este firma Helisys Inc., USA.Sunt produse trei tipuri de astfel de masini: LOM 1015, LOM 1015 plus si LOM 2030. 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData

5

LOM 1015 (din dotarea Centrului de fabricare rapida a prototipurilor al Universitatii Tehnice dinCluj-Napoca, vezi fig.2.2) si respectiv LOM 2030 au o aceeasi structura bazata pe cteva sistemeresponsabile cu diferite etape din cadrul procesului de prelucrare. Aceste sisteme sunt:

[a.] Calculatorul electronic plus programul LOMSlice;Laserul cu CO2, sistemul de ghidareprin oglinzi si focalizare a razei laser;Dispozitivul tip plotter de pozitionare n planul xOy arazei laser;Sistemul de manevra al platformei pe directie verticala;Sistemul de laminare al stra-turilor succesive;Sistemul de alimentare cu material; 0x08 graphic: StrangeNoGraphicDataSistemul de exhaustare.

a) Sistemul hardware si software 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData Calculatorul electronic, cu o con-figuratie minima corespunzatoare unui IBM compatibil 80486 ruleaza subMicrosoft Windows NT, CPU la 33 MHz, 16 MB RAM si cel putin120 MB hard disk. n ceea ce priveste software-ul LOMSlice, este o aplicatie pe 32 biti, cuo interfata usor de utilizat, cuprinznd un meniu, ferestre de dialog, indicatori de progres etc.,ca n fig.2.3. LOMSlice este complet integrat cu echipamentul de prelucrare permitnd preproce-sarea, executia sectiunilor prin piesa si controlul masinii ntr-un singur program. Precizia peaxa Oz este asigurata n timpul prelucrarii printr-un circuit nchis (feed-back) si este monitorizatadupa fiecare noua lipire a unui strat. n anumite situatii LOMSlice poate trece peste imperfecti-uni ale modelului STL (erori ce genereaza prin intersectia piesei cu un plan, curbe deschise).b) Sistemul laser

Masinile LOM folosesc pentru taierea materialului un lasercu CO2. La masinile LOM-1015 laserul are 25 W n timp ce LOM 2030 are un laser cu puterea de 50W. Sistemul optic de conducere al razei laser n vederea taierii stratului curent de material consta din treioglinzi si o lentila ce focalizeaza raza laser n planul de lucru. Focalizarea razei laser asigura taierea celmult a stratului curent de material. Diametrul razei focalizate este de aproximativ 0.25 mm (0.010 inch).c) Dispozitivul de pozitionare

Sistemul de pozitionareal razei laser pe axele X-Y este de tip plotter, deplasarea de-a lungul celor doua axe asigurndu-seprintr-un sistem de curele dintate, miscarile fiind controlate de motoare pas cu pas. Viteza maxima dedeplasare pe cele doua axe este de 380 m/s (15 inch/s) n cazul lui LOM 1015 si respectiv 610 mm/s(24 inch/s) n cazul lui LOM 2030. Precizia de pozitionare pe X-Y este de 0.025 mm (0.001 inch).

7

d) Sistemul de manevra al platformeiPiesa LOM este construita pe o platforma a carei miscare pe verticala este asigurata de un sistem

surub-piulita cu bile, controlul miscarilor plarformei fiind efectuat de un motor pas cu pas. Precizia depozitionare a platformei de lucru este de 0.025 mm (0.001 inch) la 360 mm (1 foot) naltime a piesei.e) Sistemul de laminare

Sistemul de laminare este reprezentat de orola ncalzita la aproximativ 60o C (210o F), a carei pozitie fata de platforma de lucru este controlata cuajutorul unui microntrerupator. Prin rostogolirea rolei peste platforma de lucru, aceasta preseaza stratulcurent de material fata de stratul precedent, concomitent cu ncalzirea acestuia. Stratul de material arepe fata de jos un termo-adeziv ce va fi activat de catre rola ncalzitoare si va conduce la lipirea stratuluicurent de cel precedent. Prin reglarea pozitiei rolei ncalzitoare fata de platforma de lucru, se poate marisau micsora presiunea exercitata de rola asupra stratului de material. O crestere a presiunii exercitate derola ncalzitoare mbunatateste procesul de lipire a straturilor, prin eliminarea eventualelor bule de aerdintre straturi. Odata cu cresterea presiunii de contact dintre straturi, poate creste si viteza de deplasarea rolei, crescnd productivitatea procesului. Totusi o presiune prea mare exercitata de catre rola ncalzi-toare poate conduce la deformatii ale pachetului (deci implicit ale modelului LOM). Odata cu presiuneaexercitata de catre rola ncalzitoare, o atentie mare trebuie acordata si temperaturii acesteia. Fluctuatii aletemperaturii rolei pot conduce la fluctuatii ale temperaturii n piesa cu consecinte negative asupra pro-cesului de fabricatie (dezlipiri ale straturilor precedente, nelipire corespunzatoare etc.). Pentru aceastatemperatura rolei este controlata de un termocuplu si monitorizata n permanenta de catre LOMSlice.f) Sistemul de alimentare cu material

Sistemul de alimentarecu material cuprinde doi arbori, unul pe care se monteaza rola cu material, respectiv al doilea pe care seva rula deseul. Pe lnga cei doi arbori, sistemul de alimentare cuprinde cinci role pentru ghidarea folieide material. ntre cei doi arbori pe care se monteaza rola de material respectiv se va rula deseul, foliava fi n permanenta tensoinata, tensiunea fiind asigurata de catre un motor auxiliar. Un senzor montatn circuitul de alimentare cu material sesizeaza lipsa tensiunii (datorita ruperii sau terminarii hrtiei) siblocheaza procesul. n aceasta situatie LOMSlice afiseaza un mesaj de eroare pe ecranul calculatorului.g) Sistemul de exhaustare

Taierea materialului de catre radiatia laser se face cu degajarede fum. Fumul rezultat n timpul procesului se depune pe caile de ghidare ale sistemului de pozitionarea laserului n planul xOy, putnd genera erori la deplasarea capului laser. Masina LOM are doua venti-latoare de putere mica, ce n general nu fac fata la cantitatea de fum ce se degaja n timpul procesului.Se recomanda ca utilizatorii sa-si construiasca propriul sistem de exhaustare cu un ventilator (montat deregula n afara spatiului de lucru pentru evitarea zgomotului), plus conducta de evacuare a fumului ce sepoate racorda la masina prin intermediul unei flanse montate n capacul superior al masinii. Totusi chiarn conditiile n care exhaustarea este corespunzatoare, se recomanda curatarea ghidajelor de pozitionare

8

pe axele X-Y a laserului si a rolelor de ghidare ale acestuia dupa fiecare prelucrare pe masina. Tabelul2.2 ilustreaza comparativ, performantele sistemelor LOM 1015 si LOM 2030 ale firmei Helisys Inc.

MODEL LOM 1015 LOM 2030

Proces Laminare si taiere cu laser

Tip laser CO2

Putere laser (W) 25 50

Dimensiunea spotului laser(mm) 0.25 0.38 0.203 0.254

Viteza de taiere pe XY (m/s) 0.38 0.61

Precizia pe directia XYZ(mm) 0.25 0.25

Grosimea materialului (mm) 0.05 0.38

Procesul de laminare Presare cu rola la temperatura nalta

Volumul de lucru (m x m x m) 380x250x350 810x550x500

Grosimea minima a stratului(mm) 0.05 0.05

Gabaritul masinii (m x m x m) 1.20x0.99x1.27 2.08x1.47x1.42

Unitatea de control IBM PC 586, MS Windows NT, MS-DOS,LOMSlice

Puterea necesara 220 V CA, 20 A 220 V CA, 30 A

9

Pret (US $, 1997) 140,000 272,000

Tabelul 2.2

1.2.3.4.5.6.7. Procesul de fabricare prin LOM

a) PreprocesareaPreprocesarea are loc n mai multe etape. Prima etapa presupune generarea imag-

inii piesei plecnd de la fisierul STL al piesei de prelucrat, sortarea datelor geomet-rice de intrare si crearea unor structuri noi de date (bmp, con, ini). Toate acesteasunt efectuate de LOMSliceTM , program ce controleaza att etapa de preprocesare ct simasina propriu-zisa, efectund n acelasi timp si sectionarea modelului 3D n format STL.LOMSlice ruleaza sub Microsoft Windows NT c. Primeste ca date de intrare fisiere STL n formatbinar sau ASCII. Pe baza fisierului STL, LOMSlice creeaza fisierul bmp pe baza caruia genereaza imag-inea 3D a obiectului pe ecranul calculatorului, precum si fisierul CON ce contine lista de conectivitatia triunghiurilor ce aproximeaza suprafata modelului 3D n format STL. Aceasta lista va fi utilizata ncontinuare de algoritmul on-line de sectionare, pentru obtinerea formei geometrice 2D a fiecarui strat desectiune prin piesa. LOMSlice permite translatia, rotatia, scalarea, copierea n oglinda a modelului nvederea unei orientari optime a acesteia pe platforma masinii. In cazul n care este necesara prelucrareamai multor modele, acestea se pot concatena ntr-un singur fisier STL, pentru a fi prelucrate simultan.b) Construirea modelului

Construirea modelului se face din straturi subtiri de material care are pe unadin fete un termo-adeziv. Staturile sunt taiate de o raza laser cu CO2 dupa cum sepoate vedea din fig.2.1. Ciclul de prelucrare al unei piese contine urmatoarele etape:

n functie de dimensiunile maxime ale piesei (conform orientarii piesei fata de sistemul Oxyz)aceasta este ncadrata de catre LOMSlice ntr-un paralelipiped dreptunghic. Peretilor verticaliai acestuia, utilizatorul va indica o grosime (n mod uzual 5-10 mm) astfel nct cutia rezul-tata sa confere o stabilitate a pachetului de straturi succesive, n timpul construirii. Piesa estetangenta interior la peretii acestei cutii;

LOMSlice genereaza o sectiune orizontala plana prin piesa z = gs, unde gs este grosimea hrtieifolosite. In acest fel sunt determinate coordonatele perimetrului piesei n planul de sectiunecurent. Totodata sunt stabilite si traseele de hasurare crosshatch) pentru excesul de material naceeasi sectiune, precum si pentru peretii cutiei ce ncadreaza piesa. Materialul n exces dinfiecare strat constituie suport pentru stratul urmator;

10

Calculatorul conduce fascicolul laser focalizat n planul de lucru, prin intermediul unui dispozi-tiv de tip plotter ale carui miscari sunt comandate de catre motoare pas cu pas. Planul de lucrucoincide cu planul de focalizare al razei laser. Datorita acestui fapt raza laser va decupa ntot-deauna numai n stratul curent de material. Decuparea va ncepe cu conturul interior/exterioral sectiunii prin piesa la cota respectiva z. Urmeaza decuparea dupa hasura a materialului nexces si se ncheie cu decuparea conturului interior/exterior al cutiei;

Platforma pe care se construieste piesa strat cu strat, coboara pe o anumita distanta (aproximativ60 mm), astfel nct materialul sa poata nainta cu un pas. In acest moment platforma de lucruurca din nou, astfel nct la pachetul construit anterior se va adauga un nou strat de material.Rola ncalzitoare va rula peste suprafata noului strat de material si-l va lipi de stratul precedentprin ncalzire si presare;

Un microntrerupator va controla n permanenta naltimea pachetului si va trimite informatiacalculatorului. De asemenea el va asigura ca stratul curent de material sa fie situat n planulde focalizare al razei laser. LOMSlice va calcula coordonatele perimetrului (interior exterior)piesei n noul plan de sectiune. Raza laser va decupa noul contur de sectiune al piesei, al cutiei,precum si hasurile materialului n exces. Urmeaza o noua coborre a platformei de lucru,avansarea materialului cu un pas, lipirea noului strat de material de catre rola ncalzitoare,determinarea naltimii pachetului, calculul formei sectiunii prin piesa la noua cota etc.

Procesul de construire al piesei se ncheie cndnaltimea pachetului construit prin depunerea straturilor succesive de material atinge cota zmax a piesei.c. Postprocesare, tratament si precizia realizata

Postprocesarea cuprinde totalitatea operatiilor de separare a piesei de materialul n exces, precumsi operatiile de finisare a acesteia. Pentru nceput, pachetul construit este detasat fata de platforma delucru cu ajutorul unui spaclu. O usoara ncalzire a platformei usureaza operatia de desprindere. Urmeazadetasarea bazei pachetului fata de pachetul propriu-zis. Baza pachetului este alcatuita dintr-un mate-rial de consistenta unui burete, avnd ambele fete adezive. Pe aceasta baza se depun pentru nceputcteva straturi de material (aproximativ 20-30 straturi) n vederea consolidarii ei. Dupa detasarea bazeipachetului, peretii cutiei se vor putea ndeparta usor, facilitnd desprinderea bucatilor de material nexces. Scule caracteristice sectiilor de modelarie n lemn cum sunt de exemplu daltile, vor facilita ex-tragerea materialului n exces, n special din gaurile de diferite forme sau n cavitatile interioare dinpiesa. Avnd consistenta unei piese din lemn (daca materialul este hrtia, aceasta se poate finisa cu hrtieabraziva. Se pot efectua asupra piesei chiar si operatii de aschiere (ex. Burghiere, frezare, strunjire).Dupa finisare, piesa se poate vopsi si apoi lacui. Lacuirea este importanta la piesele construite din hrtiedeoarece hrtia este higroscopica si absoarbe umezeala, modelul putndu-se deforma sau decalibra.

Precizia medie a prelucrarii pieselor LOM este de aproximativ 0.25 mm (0.010 inch). Prinpozitionarea optima a piesei pe platforma de lucru si alegerea parametrilor tehnologici corespunzatori,

11

aceasta precizie poate fi mbunatatita. Oricum, din experienta utilizatorilor de sisteme LOM, o pre-cizie geometrica mai buna se obtine pe directia X-Y, n comparatie cu precizia pe directia Z. Deoarecen timpul laminarii straturile de material nici nu se ntind nici nu se contracta, n piesa nu se vorintroduce tensiuni care sa conduca ulterior la deformatia modelului. Pe axa Z precizia este contro-lata n timp real (prin feedback) astfel nct fiecare strat decupat va corespunde locatiei corecte peZ. Precizia piesei LOM depinde si de precizia de realizare a modelului STL (rezolutia de fatetare).

Contrar altor procedee de fabri-care rapida a prototipurilor, laserul n procesul LOM nu trebuie sa acopere ntreaga sectiune prin piesa lafiecare strat materializat, ci doar conturul sectiunii. Din acest motiv piesele cu pereti grosi sunt construitela fel de rapid ca si piesele cu pereti subtiri. Viteza masinii este limitata doar la viteza de deplasare a sis-temului de pozitionare pe X-Y a capului laser, viteza de deplasare a rolei ncalzitoare, viteza de avansarea materialului respectiv viteza de deplasare a platformei pe axa Z. Procesul LOM, complet integrat cucalculatorul, face ca masina sa functioneze aidoma oricarui alt periferic al calculatorului. Un avantajmare al procesului LOM l constituie faptul ca materialul n exces din fiecare strat constituie suport pen-tru stratul urmator. Deci nu este necesara proiectarea si construirea unor suporti. Procesul LOM estesimplu si usor de nteles, nu necesita cunostinte avansate din domeniul tehnologic, al chimiei, fizicii etc.si prin urmare usor de condus. Deoarece n timpul prelucrarii piesei LOM nu au loc transformari fizicesau chimice ale materialului LOM, procesul de construire al piesei se poate opri n orice moment (pentruevacuarea deseului de pilda) si reporni, fara ca precizia prelucrarii sau calitatea piesei sa aiba de suferit.

Materiale utilizate

Materialul cel mai simplu si mai putin costisitor este hrtia LOM. Piesele prelucrate din hrtieau caracteristici mecanice si aspect fizic similar cu piesele confectionate din lemn. Rolele de hrtielivrate de catre Helisys Inc., sunt de doua calitati: standard si high performance si de grosime 0.1067mm. ntre parametrii de lucru ai masinii se va specifica si grosimea hrtiei folosite, deoarece LOM-Slice tine cont de aceasta atunci cnd calculeaza marimea incrementului folosit la sectionarea piesei cuplane orizontale. Sunt folosite curent si materiale plastice, metalice, materiale compozite si respectivmateriale ceramice [Jaco1996]. n tabelul 2.2 sunt ilustrate principalele proprietati ale hrtiei LOM.

Tabelul 2.3

PROPRIETATI VALOARE

Densitate 1.449 g/cm3

Caldura specifica in plan (la 25o C) 1.455 J/g oC

Caldura specifica transversala (la 25o C) 1.410 J/g oC12

Caldura specifica in plan (la 50o C) 1.786 J/g oC

Caldura specifica transversala (la 50o C) 1.686 J/g oC

Difuzia termica n plan (la 19o C) 0.00107 cm2/s

Difuzia termica transversala (la 19o C) 0.000344 cm2/s

Difuzia termica n plan (la 100o C) 0.0023 cm2/s

Difuzia termica transversala (la 100o C) 0.00073 cm2/s

Rezistenta de rupere la tractiune 66 MPa

Modulul de elasticitate la tractiune 6.7 GPa

Alungirea la rupere 2%

Rezistenta la compresiune n plan 26 MPa

Rezistenta la compresiune transversala 3.9 MPa

Modulul de compresiune n plan 9.3 GPa

Modulul de compresiune transversal 814 MPa

Deformatia de rupere la compresiune, n plan 1%

Deformatia de rupere la compresiune,transversala 12.9%

Continutul de cenusa 2.7% 3.1%

Domenii de utilizare ale prototipurilor

Modelele LOM sunt ideale n munca de proiectare unde este importanta vizualizarea produsului,verificarea formei geometrice, a functionalitatii produsului, a verificarii corectitudinii montajului acestuia

13

n cadrul unui ansamblu, ca de altfel n industria constructoare de masini la realizarea de prototipuri, demodele pentru pregatirea fabricatiei sau chiar pentru producerea de piese mici n serii scurte de fabricatie.

Aplicatiile industriale ale modelelor LOM sunt practic nelimitate, acoperind diverse domeniide activitate dintre care amintim industria aviatica, a automobilelor, a produselor de larg con-sum, domeniul medical (al implantelor de proteze) precum si al cercetarilor n diferite domenii.

Multe intreprinderi folosesc modelele LOM doar pentru a putea pur si simplu sa vizual-izeze practic o idee n munca de proiectare. Un model LOM odata finisat si vopsit saulacuit, arata ntocmai ca si piesa reala. Deoarece procesul LOM nu este foarte costisitor multemodele sunt create pentru ca n compartimentele de marketing ale intreprinderilor sa se poataface, pe baza acestora studii o prospectare a pietei n vederea lansarii unor produse noi.

Pe lnga vizualizare, un produs LOM permite si verificarea geometriei acestuia si a perfor-mantelor lui n timpul functionarii. Prin aceasta modelul LOM ofera producatorilor posibilitatea dea efectua eventuale modificari ale ideilor din proiectare, precum si evaluarea aspectelor estetice aleprototipului n cadrul ansamblului. n mod obisnuit o intreprindere prefera sa analizeze un prototipnainte de a lansa n fabricatia de serie un produs ce implica costuri foarte mari de productie.

Modelele LOM sunt putin costisitoare, cu o buna precizie a formei geometrice si rugozi-tate buna. n cei peste trei ani de cercetari efectuate pe sistemul LOM 1015 din dotare, Cen-trul de Fabricatie Rapida a Prototipurilor din cadrul Universitatii Tehnice din Cluj-Napoca, Facul-tatea de Constructii de Masini, a realizat o serie de contracte de cercetare att cu Ministerul Ed-ucatiei Nationale, ANSTI respectiv cu multe intreprinderi industriale de profil din tara. n figura2.4 sunt ilustrate cteva din piesele LOM executate n cadrul acestor contracte de cercetare.


2.2.2 Modelarea prin depunere de material topip (FDM)

14

Sistemul FDM (Fused Deposition Modeling) este unul dintre cele mai utilizate sisteme de fab-ricatie rapida a prototipurilor, dupa SLA. Componentele de baza ale masinii FDM -1650 care se aflasi n dotarea UTC-N sunt: calculatorul electronic si programul QuickSlice, sistemul de alimentarecu material plastic, sistemul de ncalzire a materialelor pentru piese si pentru suporti, sistemul depozitionare al duzelor de extrudare n planul xy, sistemul de pozitionare al platformei pe axa z.

Principiul de functionare

Principial, un fir de plastic ABS sau poliamida este incalzit la o temperatura de 2700C siextrudat printr-o duza de diametru foarte mic. Capul de depunere de material are doua duze, una pentrumaterialul piesei si o alta pentru materialul suportilor. Piesa n constructie se afla pe o platforma care sedeplaseaza pe axa z. De asemenea duza prin care este extrudat material plastic se deplaseaza n planul xy.

0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData

Programul care controleaza procesul se numeste QuickSlice c. El accepta fisiere cu modelesolide n format STL.

QuickSlice analizeaza geometria modelului 3D si genereaza automat suporti. Prin urmare, osectiune prin modelul 3D va intersecta si modelul suportilor. La o anumita cota, materializarea stratuluide sectiune prin piesa va fi nsotita acolo unde este necesar si de materializarea stratului de suport.

Materiale utilizate

Se pot fabrica piese utiliznd urmatoarele materiale:

ceara pentru modele usor fuzibile; plastic P301; plastic ABS (acrilonitril butadien stiren).

Aceste materiale sunt sub forma de fir de circa 1,3 mm n diametru si sunt nfasurate pe un mosor.

Posibilitati tehnologice de utilizare

Modelele FDM pot fi utilizate direct ca piese functionale nemetalice n productia de prototipuri sau serieunica. Pentru fabricarea formelor si matritelor de turnare modelele FDM sunt ideale .2.2.3 Sinterizarea selectiva cu laser (SLS)

Acest proces de fabricatie rapida a prototipurilor prin sinterizare selectiva cu laser se bazeaza pematerializarea unui produs CAD prin adaugare de straturi succesive. Diferenta de procedeul LOM undelaserul focalizat n planul de lucru decupa conturul interior/exterior al fiecarei sectiuni, n cadrul acestuiprocedeu, laserul acopera punct cu punct ntreaga arie a sectiunii,sinteriznd stratul fin de materialdepus pe platforma de lucru.

15


1. Laser cu CO2, avnd o putere de 200 W;2. Lentila de focalizare;3. Oglinda;4. Sistem de alimentare;5. Cuva masinii;6. Platforma de lucru;7. Pulbere metalica; 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 8.piesa metalica. 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData Sistemul laser 1, genereaza o radiatie laser care este focalizata de lentila 2 si directionata printr-unsistem de oglinzi 3, catre suprafata platformei de lucru 6. La nceputul procesului de lucru platforma 6,se gaseste n pozitia superioara (de top). Un sistem de alimentare 4, depune pe suprafata platformei unstrat subtire de pulbere metalica, de grosime controlata. Raza laser scaneaza suprafata platformei dupa otraiectorie corespunzatoare geometriei primei sectiuni prin piesa de prelucrat. n urma procesului descanare, radiatia laser sinterizeaza local stratul de pulbere metalica. Dupa ce radiatia laser a scanat nntregime suprafata primului strat, platforma de lucru coboara pe o distanta egala cu grosimea unui strat.Sistemul de alimentare cu material depune un nou strat de pulbere metalica peste stratul precedent. Dinnou radiatia laser va scana stratul curent de pulbere metalica n conformitate cu geometria noii sectiuniprin modelul solid al piesei de prelucrat. n timpul procesului, va exista un permanent control ntregrosimea stratului de pulbere metalica depus pe platforma de lucru, distanta dintre sectiunile facute deprogramul pe calculator prin modelul solid al piesei si respectiv marimea deplasarii platformei de lucrudupa fiecare strat prelucrat.Fata de LOM, n cazul sinterizarii selective cu laser a pulberilor metalice, este necesar un laser de puteremare.

Una dintre cele mai importante aplicatii ale sinterizarii metalelor cu ajutorul laserului este pro-ductia de scule si matrite pentru injectia de mase plastice. Se folosesc de regula doua metode:

Metoda indirecta de sinterizare cu laser, cnd laserul polimerizeaza un liant organic din pul-berea metalica, urmnd ca sinterizarea propriu-zisa a pulberii metalice sa se realizeze ntr-ofaza ulterioara, ntr-un cuptor de sinterizare n care liantul organic este ars;

Metoda directa de sinterizare cu laser.

Compozitia de baza a materialului folosit n procesul DMLS a fost dezvoltata si patentata n 1980 de firmaElectrolux Rapid Development din Finlanda, pentru productia de piese sinterizate, formate la presiunimici. Licenta pentru folosirea exclusiva a acestor patente este detinuta de firma germana EOS GmbH.

16

Folosirea parametrilor tehnologici adecvati face ca obisnuita reducere de volum datorata sinter-izarii pulberii metalice la faza lichida sa fie total compensata de cresterea de volum cauzata dedifuzia componentelor din amestec, astfel nct acest material nu sufera practic nici o modifi-care de volum n decursul procesului de sinterizare cu laser. n acest mod se evita necesi-tatea folosirii unei temperaturi ridicate n zona de lucru, care ar fi necesara de altfel pentru re-ducerea tensiunilor interne induse de procesul de sinterizare cu laser al altor pulberi metalice.

Datorita focarului laser mic de 350 m si o viteza mare de scanare de 300 800 mm/s,durata ncalzirii este suficient de mica pentru a evita oxidarea materialului, fara sa fie necesara oatmosfera inerta n zona de lucru. Continutul n fosfor al celui de-al treilea component mpiedicaoxidarea amestecului de pulbere si mbunatateste difuzia particulelor. Acest timp scurt de reactiede cteva milisecunde a fost motivul pentru care piesele realizate din amestecul de pulbere initial[Wilk,1996], au avut slabe proprietati mecanice, proprietati ce puteau fi mbunatatite printr-o post-procesare ntr-un cuptor de sinterizare. Prin adaptarea compozitiei materialelor la necesitatile speci-fice procesului de sinterizare cu laser, compania germana EOS GmbH a reusit sa mbunatateascasemnificativ proprietatile mecanice ale pieselor obtinute prin DMLS. n ceea ce priveste procesulde sinterizare cu laser se remarca continutul mare al fazei lichide n timpul sinterizarii ceea ceduce la cresterea ariei de difuzie a componentelor amestecului de pulbere metalica si optimizareaparametrilor tehnologici relativi la scanarea suprafetei de lucru de catre laser. Rezistenta la ntin-dere a piesei realizate prin DMLS a fost mbunatatita prin folosirea noilor amestecuri de pulberi dela 81 N/mm2 la 150 N/mm2, iar rezistenta la ncovoiere de la 150 N/mm2 la 300 N/mm2. Porozi-tatea pieselor (n absenta impregnarii pentru obtinerea unui luciu oglinda) este de aproximativ 25 %.Piesele prelucrate prin DMLS pot fi prelucrate n continuare (daca este necesar) prin frezare, gaurire,rectificare, etc., ntocmai ca orice alta piesa din aluminiu. Toate caracteristicile mecanice alepieselor pot fi mbunatatite semnificativ prin impregnarea piesei cu o rasina epoxidica rezistentala temperaturi nalte. Acest proces secundar nu are influenta asupra preciziei geometrice a pie-sei, nu au loc deformatii termice deoarece impactul termic asupra piesei este mic. Rezultatul im-pregnarii conduce la mbunatatirea rezistentei la ncovoiere pna la aproximativ 400 N/mm2 si onetezire a suprafetelor prin nchiderea porilor. Duritatea suprafetei dupa impregnare este de aprox-imativ 108 HB. Infiltrarea pieselor se realizeaza prin actiunea fortelor capilare, numai baza pie-sei fiind necesar sa fie scufundata n rasina. Impregnarea dureaza aproximativ o jumatate de ora.Polimerizarea rasinii se face ntr-un cuptor la 160 0C si necesita un timp de aproximativ doua ore.Prencalzirea piesei si a rasinii la 60 0C accelereaza acest proces si reduce porozitatea reziduala.

Compania EOS GmbH studiaza si posibilitatea impregnarii pieselor cu aliaje usor fuz-ibile. Desi proprietatile mecanice sunt simtitor mbunatatite, costul mare al echipamentelor nece-sare si pierderea de precizie datorita contractiilor mai mari de 2 % sun un dezavantaj major.Contractiile neglijabile ale procesului DMLS, pentru o piesa infiltrata cu rasina epoxidica (de aproximativ0.05 0.1%) sunt comparabile cu cele ale procesului de stereolitografiere. Precizia geometrica a pieselor

17

este limitata de marimea medie a granulelor pulberii metalice, de 35-40 microni. Grosimea unui stratdepus pe platforma de lucru este de aproximativ 50 microni. Rugozitatea unei piese infiltrate este Ra= 3.5 m. Printr-o finisare manuala obisnuita, rugozitatea poate fi adusa la o valoare de Ra < 1 m.Conductivitatea termica a pieselor sinterizate este de 110 W/mK usor mai mica dect a aluminiului.

Toate masinilede sinterizare cu laser ale companiei EOS sunt proiectate n functie de destinatia pieselor si materialulde prelucrat. Diferenta principala dintre sistemul de sinterizare cu laser a metalelor fata de a polimerilor,este sistemul optic si laserul, deoarece o temperatura de sinterizare de aproximativ 900 oC necesita odensitate de putere a radiatiei laser mare. Pentru aceasta, diametrul focarului laser a fost redus la 350m si puterea laserului marita la 250 W. Densitatea de putere a crescut de la 25 W/mm2 la pulberile dinmase plastice, la 700 W/mm2 la pulberi metalice. Laser de putere mai mare sunt nca n faza de testare.

Deoarecenu este necesara o prencalzire initiala a pulberii metalice, proiectarea incintei de lucru a masinii nueste complicata. Suprafata de lucru a masinii EOSINT M 250 este 250 x 250 mm si naltimea de 150mm. Cu o densitate de 6.1 g/cm3 a materialului sinterizat, greutatea maxima a piesei depaseste 50kg.

Aplicatii ale DMLS

Cea mai importanta aplicatie a DMLS este productia de matrite metalice pentru injectia de mase plasticesau aliaje neferoase. Procedeul este util pentru matrite avnd forme complexe. n cazul matritelormetalice avnd configuratie geometrica simpla, este mai avantajos de folosit un procedeu de frezare pemasini-unelte de frezat cu CNC. Totusi, daca matrita metalica are anumite zone de geometrie complicatacare nu ar putea fi prelucrate dect prin electroeroziune cu electrod masiv, atunci DMLS este mairecomandat. Uneori, anumite canale interioare n matrita, avnd sectiune variabila, nu pot fi prelucratenici prin electroeroziune. Singurul procedeu competitiv ca precizie si pret de cost ramne DMLS.

Sinterizarea selectiva cu laser si infiltrarea pieselor dureaza 1-2 zile n functie de marimea acestora.Timpul necesar proiectarii pe calculator (CAD) precum si pentru finisarea acestora, este acelasi capentru orice alta piesa prelucrata printr-un alt procedeu conventional. Precizia constructiva a planelor deseparatie a matritelor este suficient de buna pentru a fi necesara doar cel mult o operatie de finisaremanuala.

Proprietatile mecanice ale matritelor fabricate prin DMLS sunt de departe suficiente pentru injectia depiese din mase plastice. De exemplu [Wilk,1996] la prelucrarea unor piese din poliamida PA66/35% GFseria de fabricatie a fost de 1000 buc., la producerea unor repere din ABS seria de fabricatie a fost de4500 buc. Dupa executia pieselor n nici una din situatii nu s-au gasit urme de uzura pe matrite.Parametri procesului de injectie ai pieselor din mase plastice au fost cei conventionali (1000 bari, 300oC pentru PA66 de ex.). Durabilitatea matritelor metalice poate fi mbunatatita prin placare cu nikel,grosimea stratului depus fiind de 30 40 m. Prin acest procedeu duritatea creste la aproximativ 512HV, ceea ce este comparabil cu duritatea otelurilor cu duritate mare. Totusi cercetarile relativ laduritatea matritelor metalice nu sunt ncheiate.

18

2.2.4.Stereolitografia(SLA)Acest procedeu de fabricatie rapida a prototipurilor este unul dintre cele mai vechi si totodata unuldintre cele mai precise procedee. Se bazeaza pe o reactie fotochimica de polimerizare a unei rasini aflaten stare lichida, n punctul de intersectie a doua fascicole laser de lungimi de unda diferite. A fostbrevetat n SUA de firma 3D Systems, care este de altfel si principalul producator de astfel de sisteme.Primele sisteme comerciale au aparut n anul 1988. 3D Systems produce o gama variata de astfel desisteme, dintre care amintim: SLA 190, SLA 250, SLA 400, SLA 500, SLA 3500, SLA 5000 etc. Altesisteme de stereolitografiere similare celor produse de 3D Systems sunt date n tabelul 2.4Suportii sunt generati pe calculator n mod automat de catre programul ce controleaza sistemul defabricatie rapida a prototipurilor. Exista si programe separate care fac acest lucru. Un exemplu esteprogramul Bridgework al firmei Solid Concepts din Los Angeles, USA. Rolul suportilor este destabilizare a procesului de constructie, de sustinere a partilor suspendate ale piesei.Tabelul 2.4

NUMEISTEM PRODUC ATOR TARA DE ORIGINE

JSC SONY Japonia

SOUP CMET Japonia

SOMOS (DuPont) Teijin Seiki Japonia

Colamm Mitsui Japonia

Stereos EOS Germania


0x08 graphic: StrangeNoGraphicData O platforma mobila, sau elevator 1, este plasat initial subnivelul suprafetei unui fotopolimer n stare lichida, aflat ntr-un container. Fotopolimerul areproprietatea ca sub actiunea unei lumini ultraviolete se ntareste (se polimerizeaza). O raza laser estecondusa pe suprafata fotopolimerului aflat n stare lichida, dupa un traseu corespunzator geometrieisectiunii prin modelul 3D la o anumita naltime. Aceasta face ca fotopolimerul n stare lichida sa sentareasca n punctele de incidenta cu raza laser. Miscarile razei laser sunt controlate n planul orizontal(xOy) de un sistem optic de scanare cu ajutorul unor motoare pas cu pas, foarte rapide ce ghideaza un

19

sistem de oglinzi n conformitate cu datele CAD primite de la programul pe calculator ce controleazasistemul de fabricatie.Forma exacta a traiectoriei razei laser este o combinatie a informatiilor primite de la sistemul CAD,informatii ce descriu forma exacta a sectiunii prin modelul CAD si respectiv informatiile primite de lasistemul de fabricare rapida a prototipurilor care optimizeaza procesul de fabricatie n vedereacompensarii erorilor ce pot sa apara n decursul procesului.Dupa ce un strat a fost complet prelucrat, platforma este coborta cu o distanta egala cu grosimea unuistrat. Rasina fotosensibila (fotopolimerul) are o consistenta destul de vscoasa. Pentru accelerareaprocesului de acoperire a platformei de un nou strat de rasina, o lama este plimbata peste suprafataplatformei, calibrndu-se totodata si grosimea stratului. Datorita complexitatii geometrice a modelelor,n multe situatii este necesara construirea de suporti pentru sustinerea peretilor piesei n decursulprocesului. Programe speciale pe calculator analizeaza geometria modelului si adauga suporti acolounde este necesar.

20

Pentru cresterea vitezei procesului de scanare a suprafetei rasinii fotosensibile de catre raza laser,scanarea nu se va efectua pe ntreaga suprafata a sectiunii. Se vor scana n ntregime contururileinterioare si exterioare ale sectiunii dupa care restul suprafetei se va acoperii cu traiectorii intersectatecare sa asigure doar o relativa rezistenta mecanica a prototipului. In final, prototipul va avea toatasuprafata polimerizata dar n interior vor exista zone de rasina nepolimerizata. 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData De aceea, dupa ridicarea platformei si scoaterea prototipului din cuva de fotopolimer, suprafata acestuiava fi spalata cu grija pentru a se ndeparta eventualele 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData picaturi de rasina care ar mai ramne pe suprafata lui. Dupa aceea prototipul se introduce ntr-o incintan care este expus la o lumina ultravioleta care va continua procesul de fotopolimerizare si a rasiniiramase nepolimerizata n interior. Dupa scoaterea din incinta n care s-a finalizat fototpolimerizareaprototipului suportii trebuie ndepartati.

Sistemele SLA sunt dotate cu un laser cu He-Cd avnd o puterede 10 200 mW, genernd o radiatie ultravioleta cu o lungime de unda de aproximativ 320 370 nm.Sistemul de pozitionare a radiatiei laser foloseste doua oglinzi (vezi fig.6.10) ale caror miscari suntcontrolate de calculator.Baia de polimer poate contine de la 20 la 200 litri de material. De regula fotopolimerul este sensibil lalumina si toxic. De aceea operatiile ce implica containerul cu rasina fotosensibila nu se fac la vedere, iarunitatea de lucru este echipata cu un sistem de ventilatie pentru evacuarea fumului. Aparatura depostprocesare este dotata cu o sursa de lumina ultravioleta de putere mare, pentru completareaprocesului de fotopolimerizare.Dupa polimerizarea completa materialul devine netoxic. Timpul de completare a polimerizarii este deordinul orelor. Un dezavantaj l reprezinta contractia materialului n timpul procesului de polimerizare,ceea ce duce la aparitia tensiunilor interne n piesa. Pretul rasinii este de asemenea ridicat (100 200USD/l). Desi sensibil la vibratii, SLA este considerat cel mai precis procedeu de fabricare rapida aprototipurilor.Parametrii tehnologici la fabricatia prin stereolitografie

[1.] Grosimea stratului. Care trebuie corelata cu puterea laserului, cu ct grosimea este maimare cu att fabricatia este mai rapida (costri mai mici) dar cu att calitatea suprafetei este maislaba (efectul de scara mai marit). Metoda de deplasare a laserului. Care trebuie sa realizezedescrierea conturului, hasurile interioare si eventualele cavitati. Distanta dintre liniile de hasura.Cu ct este mai mica cu att piesa este mai precisa (mai stabila n timp) dar creste timpul defabricatie si costul. Hasurarea pentru suprapolimerizare. Influienteaza distanta dentrepatrundere a straturilor (pentru aderare). Completarea polimerizarii. Este necesara pentrusolidificarea completa a lichidului din miezul piesei.

22

1.2.3.4.5. Domeniul de aplicatie

Modelele obtinute prin aceasta tehnologie pot fi utilizate ntr-o foarte larga varietate de aplicatii : de lavizualizarea unui model, folosirea lor pentru teste de asamblare sau chiar functionare, modele pentruprocese secundare (turnare, electrozi pentru eroziune, matrite, etc.), pna la realizarea de implanturiortopedice.Progresul realizat nsa n ultimul timp n industria de materiale pentru ca aceasta tehnologie va deschidenoi posibilitati de utilizare a pieselor fabricate prin SLA.2.2.5.Solid Ground Curing(SGC)Acest procedeu RP este dezvoltat de firma Cubital Inc., ncepnd din anul 1987 si este comercializat ndoua variante : SOLIDER4600 si SOLIDER5600.

n comparatie cu SLA fotopolimerizarea unui strat se face simultan n decurs de cteva secunde nupunct cu punct ca la SLA.Pentru aceasta se folosesc niste masti de sticla acoperite cu pulbere de culoare neagra ncarcataelectrostatic (pe principiul fotocopiatoarelor). O placa de sticla este ncarcata electrostatic n anumitezone conform geometriei unei sectiuni prin piesa. Pulberea este atrasa n acele zone pe placa dupa caremasca este gata. Dupa folosire, masca se curata si procesul se poate lua de la capat.


[1.] pentru nceput pe platforma de lucru se muta n fata containerului (4) unde se depune unstrat subtire de fotopolimer (o rasina sensibila la lumina); un generator electrofotografic (1)genereaza o masca de toner pe o placa de sticla dupa un procedeu asemanator fotocopiatoarelor.Imaginea este identica cu cea a sectiunii prin piesa, sectiune ce se materializeaza n etaparespectiva. Masca de sticla este pozitionata deasupra platformei de lucru, deasupra careia estentins stratul de fotopolimer. o sursa de lumina ultravioleta (3) trece prin masca polimerizndstratul de rasina conform imaginii de pe masca. Lumina ultravioleta este suficient de puternicaastfel nct polimerizarea sa se realizeze complet n decursul acelei expuneri. Nu mai suntnecesare operatii suplimentare pentru polimerizarea completa, ca la SLA.

0x08 graphic: StrangeNoGraphicData [1.] Dupa polimerizarea stratului respectiv, masca se retrage, se curata dupa care se reface n

conformitate cu forma sectiunii urmatoare prin piesa. Platforma este mutata deasupra unuiaspirator (5) care absoarbe toata rasina fotosensibila ramasa nepolimerizata. n continuareplatforma ajunge n dreptul unui alt container (6) unde platforma se acopera cu un strat fin deceara. Stratul de ceara este solidificat de o instalatie speciala de racire (7). n fine, ultimaetapa din cadrul materializarii unui strat de secsiune prin piesa este cea de frezare cnd plqatforma

23

ajunge n dreptul unui cap de frezat (8). n cadrul acestei etape stratul curent este calibrat lagrosimea nominala (data de grosimea sectiunii prin piesa). Stratul de ceara va constitui supportpentru stratul urmator de rasina ce se va depune pe platforma de lucru.

Ca avantaje ale procesului putem aminti:1.2.3.1.2.3.4.5. nu sunt necesare operatii ulterioare de curatare si ndepartare a suportilor;

geometria piesei nu influenteaza viteza de fabricatie, n schimb o influenteaza volumul piesei;

nu apar tensiuni interne n piesa deoarece nu sunt necesare operatii de polimerizare ulterioare(ca la SLA);

nu este necesara construirea de suporti;

n decursul procesului, daca se considera ca un strat este eronat, atunci acest strat se poatendeparta prin frezare si apoi reconstrui;

pot fi realizate mai multe piese simultan.

Ca dezavantaje: supraexpunerea fotopolimerului la lumina poate creste vscozitatea acestuia facndu-l neuti-

lizabil;

fotopolimerul este sensibil la lumina si totodata toxic;

masina este foarte mare;

prelucrarea se face cu mult zgomot;

nu prea sunt multe materiale disponibile pe piata;

este necesara ndepartarea stratului de ceara (cu rol de suport) dupa finalizarea procesului.2.2.6. Tiparirea tridimensionala (3D)Sistemul a fost dezvoltat la Massachusetts Institute of Technology din USA. La aceste sisteme,fascicolul laser care sinterizeaza particulele de pulberi este nlocuit cu un cap de tiparire careproiecteaza un adeziv spre stratul de pulbere n acele zone unde solidificarea este necesara.Au fost cercetate si dezvoltate doua sisteme de tiparire tridimensionala si anume:- sistemul picatura cu picatura folosit pentru solidificarea discontinua, punct cu punct a fiecarei sectiuni.- sistemul cu jet continu, unde solidificarea se realizeaza cu un jet de duze prin care adezivul curgecontinu pe timpul solidificarii unei sectiuni.

24


Schema generala se poate observa n figura 6.12. Un cap de depunere (7) cu canale multiple asemanatorcelui de la o imprimanta cu jet de cerneala este plimbat n coordonate x-y pe suprafata platformei (5). Inschimbul cernelei imprimantei, acest cap de depunere lasa picaturi de adeziv din rezervorul (6), care sevor ntari n contact cu particulele de material depuse ntr-un strat subtire pe platforma de lucru.Odata un strat terminat, pistonul (2) din cuva de lucru (3) coboara platforma cu un increment, pistonul(1) din containerul cu material (9) se va ridica, dupa care rola (8) va mprastia un nou strat de materialpe platforma de lucru.Capul de depunere va plasa adezivul n zonele corespunzatoare sectiunii prin piesa. Procesul continua nmod similar pna la materializarea completa a tuturor sectiunilor. Dupa finalizarea procesului deconstruire strat cu strat, pistonul (2) se ridica si piesa se scoate din masa de pulbere ramasa nefolosita.Compania Soligen Inc. din USA foloseste procedeul 3Dprinting pentru realizarea formelor de turnaredin pulberi ceramice. 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 2.2.7. Modelare neta prin inginerie laser (LENS)Este o tehnologie care castiga importanta si este n fazele incipiente ale comercializarii. Puterea acesteitehnologii consta n abilitatea de a face bucati de metal compacte cu proprietati metalurgice bune, laviteze rezonabile. S-au exploatat mai multe variante ale acestei tehnici de lucru in laboratoare att dinEuropa ct si din Statele Unite. Aceste abordari sunt numite cu termenul general de fuziune laser.Figura 7.3. expune tehnica adoptata de catre Laboratorul National Sandia si este comercializata deOptomec Design Corporation. 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData Un laser de puteremare este folosit pentru a topi pulberea de metal depozitata coaxial focosului razei de laser, printr-uncap de depunere (C). Raza laser trece prin centrul capului si se focalizeaza asupra unui punct prin unasau mai multe lentile (B). Masa x-y (D) este mutata ca un ecran pentru a putea face fiecare strat alobiectului. In mod normal, capul este ridicat vertical, pe masura ce fiecare strat a fost facut. Raza laserpoate fi obtinuta prin orice mijloc conventional. In figura apare o singura oglinda (E), dar pot fi folositesi fibre optice. Pulberea de metal (A) este distribuita n jurul circumferintei capului ori prin gravitatie,ori prin utilizarea unui gaz de cariera inert, sub presiune (G). Chiar si n cazul n care nu este necesarpentru alimentare, se foloseste de obicei un gaz protector inert (F), pentru a proteja bazinul de topire deoxigenul atmosferic, acest lucru se face pentru un mai bun control al proprietatilor produsului si pentru amari adeziunea fiecarui strat, oferind o umezire mai buna a suprafetei.Suprafata de constructie se afla de obicei n interiorul unei ncaperi, att pentru a izola procesul de zonanconjuratoare ct si pentru a proteja operatorii de o posibila expunere la praful de metal sau la razalaser. Puterea laserului variaza de la cteva sute de W la 20 kW sau mai mult, depinznd de materialulfolosit sau de alti parametrii. Obiectele prelucrate vor necesita o finisare. Ele sunt desene, cu o texturafoarte buna si au proprietati asemanatoare sau chiar mai bune dect cele ale materialelor intrinsece.

25

2.2.8.Jeturi lichide (INKJET)u

Fiind numita si Prelucrarea Balistica a Particulelor aceasta tehnologie ne arata aceasta metoda (din fig.6)asa cum a fost implementata de Solidscape Inc. Alti furnizori de sisteme folosesc tehnici diferite, dartoate se bazeaza pe tehnica stropirii (cu jet) cu material topit care apoi se raceste si se ntareste laimpactul cu alt material. Un exemplu de variatie a tehnologiei e oferit de 3D Systems. Aceastacompanie produce un utilaj de stropire cu jet numit Modelator Thermojet, bazat pe tehnologia de laSpectra Inc., care utilizeaza mai multe sute de jeturi.

0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData Utilajul Solidscpe foloseste un singur jet de material. Plasticul, ceara si materiale de suport sunt pastratentr-o stare lichida, la temperaturi ridicate, n rezervoare (A). lichidele sunt transportate la capul de iesireal jetului (B) prin tuburi izolate termic.Capurile de iesire a jetului stropesc picaturi mici de material, n timp ce sunt miscate dintr-o parte n altaa zonei ce trebuie stropita, dupa o schema ceruta pentru a forma stratul pe obiect. Aceste capuri suntcontrolate si nu lasa sa scape nici o picatura de material daca nu este cazul. Materialul se ntareste rapidla contactul cu obiectul si temperatura fiind mai scazuta.Dupa formarea unui strat, acesta este uniformizat cu ajutorul unui cap de slefuire (C) care este trecut pedeasupra stratului. Particulele n exces dupa slefuire sunt captate ntr-un filtru (D).Actiunea tuburilor de stropire este verificata dupa depunerea unui strat de material facnd acelasi lucrupe o bucata de hrtie si citind apoi rezultatul optic (E). Daca totul este n regula, masa mobila (F) estecoborta pentru a putea fi aplicat urmatorul strat. Daca n strat este detectata o denivelare, se initiaza unproces de curatare a capului de stropire cu jet. Straturile cu probleme sunt ratuite jos si apoi refacute.Dupa finisarea obiectului de modelat, ceara care a ramas este topita sau dizolvata. Exista nsa si uninconvenient al sistemului Solidscape, avnd o durata relativ mare operatiunile de finisare.

III. ALEGEREA TEHNOLOGIEI DE FABRICATIE (PRODUCTIA DE SERIE MIC A)

26

3.1. Evaluarea pretului de cost pe diferite sisteme de fabricatie rapida a prototipurilor

3.1.1. Sistemul LOM[1.] Cheltuieli cu retributia muncitorului si exploatarea masinii-unelte (C1):

1. Pretul masinii-unelte (Pmu): Pmu =4102000000 (aprox.140000$) Durata normata de viata (Na): Na = 10 ani Numar de zile lucratoare pe an (Nz): Nz = 247 zile (365 zile minus sarbatorile legale si zilele de

smbata si dumineca) Numarul de schimburi pe zi (Ns): Ns = 3 schimburi Numarul de ore pe schimb (No): No = 6 ore Fondul de timp anual (Fan): Fan = Nz Ns No 60

Fan = 2,668 5 min/an

Cota de reparatii (Cr): Cr = 45 % (cuprinde procentul din numarul total de piese schimbate de-alungul celor zece ani de exploatare a masinii)

Cheltuieli cu exploatarea masinii-unelte (C):

C = = 1,544

Retributia tarifara a muncitorului (Rtarif ): Rtarif=570lei/min (aprox.6000000lei/luna) Regia sectiei (Rs): Rs = 200% Regie ntreprindere (Ri): Ri = 150%

27

Impozit pe retributie (Ir): Ir = 20% Cota de asigurari sociale (CAS): CAS = 3% Asigurari de sanatate (Asan): Asan = 8%

C1=

C1 = 2194,77 lei / min[1.] Costul materialului pentru sistemul LOM

Materialul folosit este hrtie cu o grosime de 0,1 mm. Costul materialului este 0,52 euro/m.Dimensiuni piesa: Lungime=185 mm

Latime=55 mmInaltime=10 mm

(latime piesa + 12 + 25) numarul de straturi lungimea necesara de matrialnumarul de straturi: 10/ 0,1 = 100 straturi

(55+12+25) = 9200 mm = 9,2 m

pretul materialului este: 0,52 = 4,78 euro = 181792 lei[1.] Costul total pentru realizarea piesei pe sistemul LOM

C = (tfuncma C1 + Pmat + Ppp)

Unde: tfuncmaeste timpul de functionare a masinii

28

Pmateste prertul materialului

Pppeste pretul post procesare

n urma simularii s-a constatat ca: tfuncma= 195 min

Ppp = Rtarif tpp, unde tppeste timpul post procesare, tpp = 90 min

Ppp= 570 = 51300 lei

C = 195 + 181792 + 51300 = 661072,15 lei

3.1.2. Sistemul FDM1. Cheltuieli cu retributia muncitorului si exploatarea masinii-unelte (C1):

1.1. Pretul masinii-unelte (Pmu): Pmu =3369500000 (aprox.115000$) Durata normata de viata (Na): Na = 10 ani Numar de zile lucratoare pe an (Nz): Nz = 247 zile (365 zile minus sarbatorile legale si zilele de





29

C = = 1,268

Retributia tarifara a muncitorului (Rtarif ): Rtarif=570lei/min (aprox.6000000lei/luna) Regia sectiei (Rs): Rs = 200% Regie ntreprindere (Ri): Ri = 150% Impozit pe retributie (Ir): Ir = 20% Cota de asigurari sociale (CAS): CAS = 3% Asigurari de sanatate (Asan): Asan = 8%

C1=

C1 = 1908,23 lei / min2. Costul materialului pentru sistemul FDMCostul materialului pentru rola cu material de piesa care are 10 straturi este 275 $ si pentru rola cumaterial de suport care are 16 straturi este 240 $.n urma unei simulari s-a constatat ca timpul de executie este de 631 de minute si se consuma 0,4straturi la materialul pentru piesa si 0,3 straturi la materialul pentru suport.Costul materialului pentru piesa:

30

0,4 straturi = 4 % din rola material piesa

4% $ = 0,04 = 11 $ = 322300 lei

Costul materialului pentru suport:

0,3 straturi = 1,87 % din rola material suport

1,87 % $ =0,0187 = 4,48 $ = 131264 lei

Costul total al materialului pentru sistemul FDM

322300 + 131264 = 453564 lei

[1.] [1.] Costul total pentru realizarea piesei pe sistemul FDM





n urma simularii s-a constatat ca: tfuncma= 631 min


Ppp= 570 = 34200 lei

C = 631 + 453564 + 34200 = 1691857,13 lei

3.1.3. Sistemul SLS

31

1. Cheltuieli cu retributia muncitorului si exploatarea masinii-unelte (C1):

(a) Pretul masinii-unelte (Pmu): Pmu =7618000000 (aprox.260000$) Durata normata de viata (Na): Na = 10 ani Numar de zile lucratoare pe an (Nz): Nz = 247 zile (365 zile minus sarbatorile legale si zilele de





C = = 2,868

Retributia tarifara a muncitorului (Rtarif ): Rtarif=570lei/min (aprox.6000000lei/luna) Regia sectiei (Rs): Rs = 200% Regie ntreprindere (Ri): Ri = 150% Impozit pe retributie (Ir): Ir = 20% Cota de asigurari sociale (CAS): CAS = 3% Asigurari de sanatate (Asan): Asan = 8%

32

C1=

C1 = 3569,36 lei / min

2. Costul materialului pentru sistemul SLS

Se consuma pulbere si azot.

1 kg pulbere = 120 euro

1 m3azot = 81000 lei + TVA = 96390 lei, cosumul de azot este de 15 m3 n 24 de ore.

Pulbere consumata este: masa piesei + 10 % pierdere pulbere

= 27,5+2,75 = 30,25 g. = 0,03025 kg

Se costata ca daca 1 kg pulbere costa 120 euro, atunci 0,03025 kg costa 3,63 euro ceea ce inseamna ca:0,03025 kg pulbere = 137940 lei

n urma simularii s-a constatat ca timpul de functionare a masinii pentru realizarea acestui model este depatru ore. Astfel ca daca in 24 de ore se consuma 15 m3 de azot in patru ore consumul va fi de 2,5 m3deazot.

costul azotului este: 2,5 = 240975 lei

Costul materialului pentru realizarea modelului pe sistemul SLS este cost pulbere adunat cu cost azot.

33

137940 +240975 = 378915 lei

3. Costul total pentru realizarea piesei pe sistemul SLS






Ppp= 570 = 25650 lei

C = 240 + 378915 + 25650 = 1261211,4 lei

n urma determinarii pretului de cost a piesei master pe cele trei sisteme de fabricatie rapida aprototipurilor s-a constatat ca sistemul LOM este cel mai putin costisitor, dupa cum se observa si ntabelul alaturat.

0x08 graphic:StrangeNoGraph-icData Sistemul

FRP

Costuri

LOM FDM SLS

Timpul defunctionare amasinii [min]

195 631 240

34

Cheluieli curetributia

muncitorilor siexploatarea mu(C1) [lei/min]

2194,77 1908,23 3569,36

Pretul materialului[lei] 181792 453564 378915

Pret postprocesare [lei] 51300 34200 25650

0x08 graphic:StrangeNo-

GraphicDataTOTAL [lei]

661072,15 1691857,13 1261211,4

3.2. Descrierea pasilor necesari pentru realizarea matritei

Aplicatiile industriale de utilizare a modelelor RP, implementate cel mai des cu succes, sunt:-Metode de fabricatie prin turnare sub vid n matrite din cauciuc siliconic (vacuum casting);- Metode de fabricatie prin pulverizare de metal topit (metal spraying);- Metode de fabricatie prin turnarea directa a pieselor metalice cu modele usor fuzibile (investmentcasting).Este dificil de clasificat si ierarhizat aceste metode de fabricatie deoarece ele sunt complementare,fiecare fiind utila si recomandata unor anumite situati practice. Exista trei criterii principale dupa care sealeg aceste metode de fabricatie:

Tipul materialului din care trebuie fabricata piesa finala (metal, plastic). Gradul de complexitate a formei geometrice si gabaritul piesei.

35

Numarul de bucati cerute (seria de fabricatie).

O tehnica moderna care si-a dovedit oportunitatea si eficienta prin utilizarea prototipurilor unor piesecomplexe este metoda de fabricatie prin turnare sub vid n matrite din cauciuc siliconic. La turnarea subvid materialele utilizate sunt diferite tipuri de rasini, materiale plastice si cauciuc. Piesele din rasinifabricate prin turnare sub vid au proprietatile mecanice compatibile cu cele ale pieselor fabricate prininjectie de mase plastice.Pentru realizarea matritelor din cauciuc siliconic se parcurg urmatoarele etape:

[1.] Modelul master va fi curatat si se va aplica pe suprafata acestuia o substanta chimica caresa previna lipirea siliconului de suprafata modelului. Stabilirea planului de separatie a matriteiprin lipirea unei benzi la nivelul acestui plan. Conturul acestui plan va fi colorat pentru a fi vizibilprin cauciucul siliconic semi-transparent, dupa turnarea acestuia n jurul piesei. Fabricarea uneicutii din lemn in care sa se toarne cauciucul siliconic n stare lichida. Cutia din lemn va ncadramodelul master astfel ncat va fi mai mare cu circa 30mm dect perimetrul piesei. Suspendareamodelului n cutie. Modelului i s-a atasat o tija verticala care dupa solidificarea CS va fi nlaturatasi astfel va rezulta plnia de turnare. n cutia de formare vor mai fi atasate srme orizontale pentrusustinere si srme verticale pentru crearea unor canale de aerisire necesare pentru evacuareaaerului din cavitatea dintre viitoarele semi-matrite. Turnarea cauciucului siliconic n cutie.nainte de a fi turnat CS este introdus ntr-o incinta vidata pentru degazeificare Dupa ce afostturnat CS este introdus din nou n incinta vidata pentru eliminarea bulelor de aer acumulate njurul modelului master la turnare. Cutia cu CS turnat este introdusa n cuptorul de polimerizareunde are loc solidificarea blocului CS Dupa polimerizarea blocului CS acesta este scos dincutie. Planul de separatie dintre cele doua semi-matrite este taiat cu ajutorul unui bisturiu,urmarindu-se cu atentie traseul marcat pe marginea benzii adezive aplicate pe modelul master.Se deschid cele doua semi-matrite si se nlatura modelul master.

36

IV. STUDIUL DE CAZ

La studiul de caz o sa prezint etapele de fabricare a piesei care trebuie sa o realizez pe una din masinilede RP.4.1.Etapa de proiectare a modelului solid al piesei master

n primul rnd am proiectat piesa n Solid Works urmnd apoi ca modelul sa-l import n progra-mul Stratasys QuickSlice care va face interfatarea ntre utilizator si masina RP. Practic acest program vamparti piesa n layere (straturi) si va transmite datele masinii care va sti n acest mod sa prelucreze piesastrat cu strat. Toata operatia de realizare a unei piese pe aceste tipuri de masini am prezentat-o anterior.


Figura 4.1 Modelul master proiectat in Solid WorksPentru realizarea piesei master n Solid Works m-am folosit de urmatoarele functii:

1.2.3.4.5.6.7.8.9. Extrude 2 pentru generarea solidului 1 din schita 1 folosind sketch 1

Cut extrude 2 se taie din solid zona principala unde se vor pozitiona butoanele folosindsketch 4 (schita 4)

Cut extrude 3, 4 se rotunjesc capetele telecomandei folosind sketch 5 si sketch 7 Chamfer 1 se teseste muchia superioara a partii inferioare a telecomandei

Chamfer 3 se teseste muchia superioara a partii superioare a telecomandei

Plan 3 se introduce plan de referinta paralel si tangent la suprafata telecomandei

Plan 4 se introduce plan de referinta paralel si tangent la suprafata laterala inferioara atelecomandei

Plan 6 se introduce plan de referinta perpendicular pe zona inferiara a telecomandei

Plan 7 - se introduce alt plan de referinta perpendicular pe zona inferiaora a telecomandei

Cut-loft 27 se rotunjeste interior cu raza variabila muchia laterala din partea inferioara atelecomandei

Filet 4 se rotunjeste exterior muchia inferioara ramasa din operatia precedenta Plan 9 se introduse plan de referinta simetric si longitudinal

37

Plan 10 se introduce un plan perpendicular pe zona superioara a telecomandei

Cut-loft 33 se rotunjeste interior cu raza variabila muchia laterala din partea superioara atelecomandei

Filet 7 se rotunjeste exterior muchia superioara ramasa din operatia precedenta Mirror 1 operatiile cut-loft 27, filet 4, cut-loft 33 si filet 7 se efectueaza si pentru cealalta

parte a telecomandei

Cut-extrude 14 n partea superioara paralela cu suprafata principala a telecomandei seefectueaza o operatie de scobire genernd zona n care vine montat celula inflarosie a tele-comandei

Shell 6 se efectueaza scobirea interioara a telecomandei

Cut-extrude 5 se taie interior n suprafata principala a telecomandei zona n care intrabutonul

LPattern 1 se multiplica coplanar operatia precedenta genernd golurile n care vin toatebutoanele telecomandei

Filet 8 se rotunjesc muchiile aflate la extremitatea zonei butoanelor n partea interioara acarcasei de telecomanda

Cut-extrude 6 se efectueaza operatia de ndepartare de material pentru ledul telecomandei

Filet 12 se rotunjesc colturile telecomandei Extrude 3 se genereaza un element interior care separa butoanele

LPattern 2 se efectueaza operatia de multiplicare coplanara a operatiei precedente

n continuare se efectueaza operatiile de definire a geometriei interioare a carcasei de teleco-manda.

4.2.Alegerea planului de separareLa nlaturarea pieselor turnate n matrita, planul de separare a semi-matritelor

se va alege dupa criteriile urmatoare: pentru a ne asigura ca la separarea celor doua semi-matrite acesteanu se deterioreaza si separarea se desfasoara ct mai usor fara sa determine complicatii la nlaturareapieselor turnate, n cazul de fata planul de separare a semi-matritelor este prezentat n figura alaturata.

38

0x08 graphic: StrangeNoGraphicData Figura 4.2 Prezentarea planului de separare a semi-matritelor

4.3.Turnarea pieseiPentru fabricarea modelului master, o tehnica moderna care s-ar dovedi a fi oportuna si efi-

cienta n dezvoltarea pieselor complexe este turnarea sub vid n matrite din cauciuc siliconic.Pentru turnarea sub vid n matrite din cauciuc siliconic se parcurg urmatoarele etape:

Cele doua semi-matrite se vor lega cu banda adeziva si se va monta plnia de turnare.

Cntarirea cantitatilor necesare din cei doi componenti A si B, din care este compusa rasinacare se utilizeaza la turnare. Un exemplu de astfel de rasina este SG95.

Plasarea celor doi componenti n canile A si B care se introduc n camera de vid a masinii.

Are loc amestecarea celor doi componenti si turnarea lor n cavitatea dintre cele douasemi-matrite prin plnia flexibila pna cnd se observa ca rasina iese prin toate canalelede aerisire.

Urmeaza solidificarea piesei turnate prin polimerizare termala, prin introducerea pachetuluide matrite n cuptorul de polimerizare.

Extragerea piesei turnate si nlaturarea nervurilor turnate n locul gaurilor de aerisire si aplniei de turnare.

4.4.Separarea semi-matritelorDupa polimerizare blocul

de cauciuc siliconic este scos din cutia de lemn n care a fost format. Taierea planului de separatie se vaface ondulat pentru a asigura centrarea la repozitionarea celor doua semi-matrite. Taierea se va face cubisturiul, urmarindu-se cu atentie traseul marcat pe marginea benzii adezive aplicate pe modelul master

4.5 Evaluarea pretului de costPentru determinarea pretului final al piesei se foloseste urmatoarea formula:

+(Pmatplastic + Pmanopdeturnare)unde: Pprot pretul prototipului

Pmatr pretul matriceiPmatplastic pretul materialului plastic

39

Pmanopdeturnare pretul manoperei de turnarePprot se ia pretul piesei realizate pe sistemul LOM, pen-

tru ca este cel mai redus pret. Pprot = 661072,15 leiPmatr = Pmanoper + Pmaterial

Pmanoper = Rtarif = 570 = 136800 leiPmaterial: pentru matrita se folosesc 750 g material, 1 kg cauciuc siliconic = 82,7 $

Pmaterial = 82,7 = 62,025 $ = 1817332,5 leiPmatr = 136800 + 1817332,5 = 1954132,5 leiPmatplastic : se foloseste 27,5 g si pretul le material este de 100 $/kg

27,5 g = 100 = 2,75 $ Pmatplastic = 80575 lei

Pmanopdeturnare = Rtarif =570 = 17100 lei

Pentru o singura piesa pretul este :

+(Pmatplastic + Pmanopdeturnare) = 2712879,6 leiPentru 10 piese pretul este: P = 1238270,4 leiPentru 20 piese pretul este: P = 2084260,2 leiPentru 30 piese pretul este: P = 3017423,4 leiPentru 40 piese pretul este: P = 3972380,1 leiPentru 50 piese pretul este: P = 4936054,09 leiPentru 60 piese pretul este: P = 5904086,7 lei 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData

0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic:StrangeNoGraphicData

0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData

40

0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic:StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic:StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic:StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic:StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic:StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData 0x08 graphic: StrangeNoGraphicData

V. CONCLUZIIn acest proiect am cercetat eficacitatea realizarii de prototipuri pe sistemele FRP n functie de pretulpentru realizarea unei singure piese. S-a constatat ca pentru piesa pe care am ales-o, sistemul LOM estecel mai eficient. Dupa evaluarea acestui pret de cost pentru productia de serie mica am ales realizareapieselor cu ajutorul matritei din cauciuc siliconic. Se observa ca dupa determinarea prutului final alpiesei, cu ct creste numarul pieselor cu att pretul este mai mic.

2SCHITA

MODELULCAD

REPREZENTAREAPRIN FELII

FABRICATIA RAPID AA PROTOTIPULUI

MODELULFIZIC

Fig.1.1 Principiul general al fabricatiei rapide a prototipurilor.

41

Fig. 1.2 Distributia aplicatiilor din domeniul fabricatiei rapide a prototipurilor[Wohlers Report 2001].

42

Fig. 1.3 Distributia vnzarilor de sisteme RP la nivel mondial, ncepnd din 1988 si pna n 2001[Wohlers Report 2001].

43

Fig. 1.4 Distributia mondiala a vnzarilor de sisteme RP, de la nceputuri si pna n prezent[Wohlers Report, 2001].

Procedee de prelucrare sau solidificarePulbereLichidSolid

44

1 component (sinterizarea selectiva cu laser)1 component +liant (lipirea 3d)2 componentiPolimerizare (Polimerizarea solida a folieiLipire (Fabricare de piese stratificate - LOM

Topire Topirea de interfataTopire+Solidificare

(Depunere de material topit FDM Prelucrare cu particule balisticePolimerizarea lichidului

Cadura (Polimerizarea termala)Lumina cu doua frecvente (Solidificarea cu fascicule de interferenta)Lipire (Fabricare de piesestratificate LOM)

Lumina cu o singura frecventaHolografia (Solidificarea holografica)Fascicol laser (stereolitografia Punct cu punct)

Sursa de lumina (Stereolitografia Cubital)Fig. 2.5 Principiul de lucru a masinii FDM

(2.1)Fig.2.1 Schema generala a procedeului LOM.

45

Fig.2.2 Sistemul de fabricare rapida a prototipurilor LOM 1015.

Fig. 2.3 Interfata LOMSlice.

46

Fig. 2.4 Piese LOM fabricate n cadrul Centrul de Fabricatie Rapida a Prototipurilor din cadrulUniversitatii Tehnice din Cluj-Napoca, Facultatea de Constructii de Masini.

47

654321

48

Fig.2.10 Schema sistemului de pozitionare n planul xOy a razei laser.Raza laseryx

axa Oyaxa OxBaia de

49

fotopolimerFig.2.11 Schema de principiu a procedeului SCG.987654Fig.2.9 Schema sistemului optic la SLA.Nivelul baii de fotopolimer lichidFocarullaseruluiSistem de pozitionare n planul xOyLentila convergenta(focalizeaza radiatia ultravioleta)Lentila divergenta(mareste diametrul radiatiei ultraviolete)Oglinzi de ghidare

LASERFig.2.7 Schema generala a procedeului de stereolitografiere (SLA).87654321

50

321

51

Fig.2.6 Schema cinematica a procesului de sinterizare selectiva cu laser.

13245678789

52

Fig.2.12 Schema generala a procedeului de tiparire tridimensionala.

53

0 1 10 20 30 40 50 60 Nr. buc

Cost5904086493605439723803017423271287920842601238270

Fig. 2.13 Laser engineered net shaping

54

Fig. 2.14 Inkjet Solidscapes implementationTabel 3.1

55

www resursebibliografice ro lucrare de diploma

Documents