Változat: B4B4 – RPT/RT Változat: 3.7 Kiadva: 2018.február 23. Polimer termékek kisszériás gyártása 6/20 hibáknak a javítása azonban ma már nem jelent gondot, mivel számos

B4 Változat: 3.7

Kiadva: 2018. február 23.

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM

GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR

POLIMERTECHNIKA TANSZÉK

POLIMER TERMÉKEK KISSZÉRIÁS

GYÁRTÁSA

A JEGYZET ÉRVÉNYESSÉGÉT A TANSZÉKI WEB OLDALON KELL ELLENŐRIZNI!

WWW.PT.BME.HU

B4 – RPT/RT Változat: 3.7


Polimer termékek kisszériás gyártása 2/20

A LABORGYAKORLAT HELYSZÍNE AZ MT ÉPÜLET!

TARTALOMJEGYZÉK

1. A GYAKORLAT CÉLJA ............................................................................................................................ 3

2. ELMÉLETI HÁTTÉR ................................................................................................................................. 3

2.1. AZ STL FÁJL FORMÁTUM ........................................................................................................................ 4

2.2. ADDITÍV GYÁRTÁSTECHNOLÓGIÁK ......................................................................................................... 6

2.3. KISSZÉRIÁS TERMÉKGYÁRTÁS .............................................................................................................. 12

2.4. REAKTÍV FRÖCCSÖNTÉS ........................................................................................................................ 13

3. A LABORGYAKORLAT SORÁN HASZNÁLT GÉPEK, BERENDEZÉSEK ................................... 16

4. A TÉMÁHOZ KAPCSOLÓDÓ FONTOSABB SZAVAK ANGOLUL, NÉMETÜL .......................... 18

5. AJÁNLOTT IRODALOM ......................................................................................................................... 18

MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV ............................................................................................................................ 19




1. A gyakorlat célja

A gyakorlat elsődleges célja a kisszériás gyártástechnológiák, valamint az ehhez szükséges

gyors szerszámozási technológiák, megismerése. Tanulmányozandók a gyakorlat során az additív

gyártórendszerek, azon belül a 3D nyomtató, az FDM, az SLA, valamint az PolyJet berendezések és

azok részegységei, valamint a kisszériás gyártástechnológiákhoz kapcsolódó alapanyagok és azok

tulajdonságai.

2. Elméleti háttér

Napjaink egyre gyorsuló világában a tervezési és gyártási folyamatoknak is együtt kell

haladni a korral. Ennek köszönhetően gyártmányfejlesztés hagyományos módját, amelyben az

egyes tervezési és gyártási folyamatok egymást követték, átvette az egyidejű, úgynevezett szimultán

tervezés. Igen nagy szerepe van a tervezési folyamatban a gyorsaságnak, amelyet a gyors tervezés

közbeni ellenőrzésekkel érhetünk el. Ezeknek az ellenőrzéseknek az alapját a prototípusok jelentik,

amelyekkel elvégezhetjük a kívánt vizsgálatokat.

A 3D-s számítógépes tervezés ma már elengedhetetlen a korszerű polimer

alkatrésztervezésben. A számítógéppel tervezett test láttatására gyakran alkalmazzák a különböző

számítógépes térbeli megjelenítéseket, amelyeknek ma már igen széles választéka áll

rendelkezésünkre. Ez a megjelenítési forma lehetővé teszi a virtuális térben létező test

szemléltetését, geometriai és mechanikai vizsgálatát is, azonban egy kézzel fogható modell

(prototípus) gyakran elengedhetetlen a terv teljes átlátására.

A 80-as évek második felétől kezdődően, a mérnökök rendelkezésére állnak olyan

prototípuskészítési technológiák (ún. additív gyártástechnológiák), amelyek lehetővé teszik, hogy a

CAD rendszerekkel tervezett 3D-s modelleket közvetlenül, valós fizikai modellé transzformálják.

Az additív gyártástechnológiák alkalmazásának két fő célja lehet, az egyik a gyors

prototípusgyártás (RPT), a másik pedig a kisszériás termékgyártás (1. ábra). Gyors

prototípusgyártás tekintetében két esetet különböztethetünk meg. Az első, amikor a termék

megjelenését, külsejét szeretnénk megvizsgálni (vizuális modell), valós 3D-s formában szeretnénk

kézbe venni. Erre a forma (design) kialakítása közben van nagy szükség, amikor még nem a funkció

teljesítését vizsgáljuk. Ebben az esetben tehát nem az a cél, hogy a mintánk egy az egyben

funkcionálisan megegyezzen a jövőbeli termékünkkel, hanem csak az, hogy geometriailag pontosan

utánozza azt.




1. ábra: Additív gyártástechnológiák alkalmazási területei

A második eset, amikor a modell éppen a funkció vizsgálatának céljából készül

(funkcionális modell). Ebben az esetben jóval nagyobbak a modellel szemben támasztott

követelmények, hiszen itt nem csak a „látszat” számít, hanem a szilárdság, merevség és egyéb

fizikai jellemzők, valamint a geometriai méretpontosságoknak is nagyobb a jelentősége. Számos

esetben követelmény lehet az is, hogy a prototípus még anyagában is megegyezzen a tervezett

termék jövőbeli anyagával. A kisszériás termékgyártás tekintetében három esetet érdemes

elkülöníteni. E szerint a kívánt termékek előállíthatóak közvetlen gyártással, ahol a berendezések a

végső terméket hozzák létre. Gyakran alkalmazzák azonban az additív technológiákat szerszámok

létrehozására is. Itt további két csoportot különböztethetünk meg. Direkt szerszámozás esetén

közvetlenül szerszámot (pl: fröccsöntő szerszámbetét), míg indirekt szerszámozás esetén a

termékkel megegyező geometriájú ősmintát (mestermintát) hozzuk létre ily módon, és a szerszámot

ennek segítségével állítjuk elő (pl: gravitációs öntés esetén).

2.1. Az STL fájl formátum

Az additív gyártástechnológiák közös jellemzője, hogy minden esetben szükség van a

gyártani kívánt termék virtuális (3D-s) modelljére. 3D-s modell előállítására többféle lehetőségünk

van, készíthetjük modellező szoftverrel, már meglévő tárgyat 3D szkennelhetünk, vagy készíthetjük

CT, vagy MRI felvételek alapján is (2. ábra). Mivel az additív gyártástechnológiák rétegről-rétegre




építik fel a terméket, ezért szükséges a 3D-s modellünk felületének ismerete, majd a modell

rétegvastagságnak megfelelő szeletekre történő darabolása. Erre szolgálnak a prototípus

berendezések saját programjai, amelyek szabványos bemenete az STL (Standard Tessellation

Language).

2. ábra Additív gyártástechnológia folyamat ábrája

Az STL fájl felületleíró adatformátum, amely kapcsolatot teremt a CAD rendszerek és RPT

rendszerek között. Az STL fájl háromszögek segítségével írja le a felületet. Minden egyes

háromszög esetén definiálja a csúcsponti koordinátákat – mind a három irányban (x,y,z) – valamint

a hozzá tartozó normál vektort. A normálvektor iránya adja meg, hogy a modell felületének melyik

részét nyomtatjuk. Általánosan a normál vektornak minden esetben a felületből kifelé kell mutatnia.

Az STL fájl kétféle lehet, bináris formátumú vagy ASCII szöveges formátumú. Mindkét formátum

tulajdonképpen egy lista a számítógéppel tervezett testmodell felületét leíró háromszögekről.

Az STL fájlok generálásánál a CAD programok két paraméter figyelembevételével készítik

el a modell felületén a háromszögeket (3. ábra). Az egyik a húrhiba, ami a legnagyobb távolság,

amely a valóságos kontúr és a generált háromszögek között lehet (D), a másik az a legnagyobb

központi szög, amely a kontúrt közelítő élhez húzható (gamma).

D

3. ábra. Az STL fájl értelmezése (D – húrhiba, gamma – legnagyobb központi szög)

Az STL fájl, lévén egy közelítéses módszer, ezért 100%-ban sosem fogja tudni visszaadni (kivéve a

síklapokkal határolt esetekben) a 3D modellt, továbbá egyes CAD rendszerek nem képesek

megfelelően generálni az STL fájlt, így előfordulhatnak helyi problémák, hibák a felületi közelítés

folyamán. Ilyen hibák lehetnek a hálón keletkező rések, illetve felület hiányok, felülettorzulások,

felületek átlapolódása, alul- vagy túlhatározott pont, vonal, illetve felület. Az előbbiekben felsorolt




hibáknak a javítása azonban ma már nem jelent gondot, mivel számos célszoftver létezik, mint

például a Materialise cég Magics RP programja.

Az STL fájlok előnyei között érdemes megemlíteni, hogy ez az egyik legegyszerűbb módja

a 3D CAD modellek ábrázolására, a legtöbb RPT berendezés bemenete ezt a formátumot részesíti

előnyben, valamint ezzel az eljárással a legkönnyebb a geometriai alakokat adatfájlba

transzformálni. Hátrányai közé sorolható hogy a fájl mérete esetenként nagyobb lehet, mint maga a

CAD fájl, ami a leírás módjából adódik.

2.2. Additív gyártástechnológiák

Amíg a legtöbb gyártástechnológia lebontó jellegű, azaz a kívánt geometria előállítását az

alapanyag eltávolításával – forgácsolás, marás – érik el, addig az additív gyártástechnológiák esetén

a kívánt alakot rétegről-rétegre (layer-by-layer) anyaghozzáadás (additive) útján hozzák létre.

Az additív gyártástechnológiákat (AM technológiák) többféle szempont szerint lehet

csoportosítani, leginkább elfogadott a felhasznált alapanyagok szerinti csoportosításuk (4. ábra).

4. ábra RPT technológiák csoportosítása alapanyagok szempontjából

Napjainkban elterjedtnek mondható a folyadék alapú additív gyártástechnológia, amely tipikusan

polimer alapú anyagokat jelent, egyrészről a sugárzás hatására térhálósodó anyagok (fotopolimerek)

felhasználásával (SLA - sztereolitográfia), másrészről az egyszerűbb termoplasztikus anyagok

alkalmazásával (FDM - ömledékrétegzés). Ez utóbbi az anyag megolvasztását, majd újra

megszilárdítását jelenti. További technológiák por alakú alapanyagból építik fel a modellt, az




egymás melletti részecskék összeolvasztásával (SLS – szelektív lézer-szinterezés), esetleg

valamilyen ragasztóanyaggal való egyesítéssel (3D printing). Léteznek ezen kívül olyan

technológiák, amelyek rétegezéssel, lapokból hozzák létre a prototípust. A legegyszerűbb ezek

közül, amikor lapokat (általában: papírlapokat) vágunk megfelelő méretre, majd összeragasztjuk

azokat (LOM – réteges kivágás és felépítés).

2.2.1. 3D printing technológia

A 3D Printing eljárást az MIT (Massachusetts Institute of Technology) kutatói fejlesztették

ki, főleg prototípusok előállítására, valamint valós termékek rugalmas gyártására, az utóbbi időben

azonban direkt szerszámkészítésre és precíziós öntőformák előállítására is alkalmazzák. Ezzel a

technológiával előállítható bármilyen alakú modell, szinte bármilyen anyag felhasználásával. Ezek

az anyagok lehetnek kerámiák, polimerek, fémek, vagy akár kompozitok is.

A legtöbb technológiához hasonlóan itt is rétegenként alakítják ki a modellt, a számítógépen

elkészített 3D-s modell szeletekre bontásával. A rétegek építése az előzőleg elkészült

modellrétegekre történő porfelvitellel kezdődik (5. ábra).

5. ábra 3D Printing működési elve

Az ink-jet nyomtatókhoz hasonlóan működő berendezés az adott rétegben, ahol a modell

elhelyezkedik, kötőanyagot helyez el, így kialakítva az adott réteg geometriáját. Ezután a

munkaasztal egy mozgató mechanika segítségével lesüllyed egy rétegnyit, ezzel helyet adva a

következő réteg számára felviendő por számára. Egy terítőhenger ezután egyenletes

rétegvastagságot alakít ki a porból. Ezeket a lépéseket addig ismétli a berendezés, amíg a darab




teljes kialakítása meg nem történik. A darab a végleges formáját a felesleges (meg nem kötött) por

eltávolítása, valamint utókezelés (gyantával történő átitatás, hőkezelés) után nyeri el.

Az eljárás gyors, egyszerű, olcsó és megbízható. Mivel a terméket por veszi körül, így

alátámasztást nem igényel, gyártást követően pedig abból ismét lehet nyomtatni. Hatalmas előnye,

hogy igen gyorsan lehet vele előállítani kerámia öntőformákat precíziós öntéshez. Hátrány viszont,

hogy utólagos kezelés szükséges, pontossága és mechanikai tulajdonságai korlátozottak és a belső

felületekhez nem lehet hozzáférni. (Megértést segítő videó)

2.2.2. FDM - ömledékrétegezés

Az FDM technológiát a Stratasys cég szabadalmaztatta. Működési elve, hogy a berendezés a

szál formátumú hőre lágyuló polimert (filamentet) bevezeti az extruderfejbe (6. ábra), ott

megolvasztja azt, majd egy szűk fúvókán sajtolja keresztül a modelltérbe, ahol összeheged az előző

réteggel és megszilárdul. A technológia szempontjából kritikus kérdés a megfelelő átmérőjű

filament alkalmazása, mert egyrészről ez biztosítja a szükséges alapanyag utánpótlást, másrészről

pedig mintegy dugattyúként kitolja a maga előtt a már ömledék állapotban lévő anyagot. Ennek a

kettős funkciónak a biztosítását szolgálja a megfelelően kialakított extruderfej (6. ábra).

a) b)

6. ábra FDM gyártástechnológia

a) működési elv; b) az extruderfej felépítése

Jól látható, hogy a szál csak a fúvóka környezetében olvad meg, így a fölötte lévő hűtött filament,

mint egy dugattyú, át tudja tolni maga előtt a fúvókán a megolvadt anyagot. A fej x-y síkban történő

mozgása során építi fel a modell egy rétegét. Fontos tényező az anyag megfelelő adhéziója mind az

https://www.youtube.com/watch?v=sJKJruSAT_Q




asztalhoz (első réteg esetén), mind pedig az előzőleg legyártott réteghez. A megfelelő adhéziót a

feldolgozásra kerülő alapanyag szempontjából megfelelő hőmérséklet és nyomás megválasztásával

lehet létrehozni. A hőt az ömledék biztosítja, míg a nyomást a megfelelő előtolással hozza létre a

berendezés. A porfürdő hiányában szükség lehet támaszanyagra (6. ábra), ami többnyire a modell

saját anyagából kerül létrehozásra, de van lehetőség a modell anyagától eltérő támaszanyag

rendszerrel dolgozni, de ehhez mindenféleképpen két nyomtató fejre (két fejes gépre) van szükség.

Nagy előnye a jó ár-érték arány, ami miatt ma Magyarországon az egyik legelterjedtebb

technológia. Az ömledékrétegezéses eljárás hátránya a szerény pontosság, hiszen a legprecízebb

gépek is 100 μm-es építési rétegvastagsággal rendelkeznek. Az x-y síkbeli pontossága ennél ugyan

jobb, de ezt az alkalmazott fúvóka átmérője határozza meg. A munkatér (építési tér) kialakítása

szempontjából megkülönböztetünk fűthető, illetve nem fűthető munkaterű gépeket. A fűtött

munkatérrel rendelkező berendezések sokkal több alapanyag – akár műszaki – feldolgozására

alkalmasak, míg fűtetlen terű gépek többnyire kis zsugorodású anyagokat tudnak feldolgozni. Ezek

alapján az FDM technológia szempontjából fontos alapanyagok a politejsav (PLA) és az ABS. Az

anyagok egymáshoz viszonyított, nyomtatással kapcsolatos tulajdonságait a 7. ábra foglalja össze.

7. ábra PLA és ABS tulajdonságai

A PLA tehát ideális nyomtató alapanyag, ha vizualizációs célra akarjuk a modellt használni,

hiszen könnyen kezeli a berendezés. Funkcionális feladatokra a jobb ütésállósággal és hőállósággal

rendelkező ABS-t célszerű használni. Látszik továbbá a diagramon, hogy egyik anyagnak sem nagy

a szakadási nyúlása és az ütésállósága. (Megértést segítő videó.)

https://www.youtube.com/watch?v=WHO6G67GJbM&feature=youtu.be&t=14s




2.2.3. Fotopolimer alapú gyártástechnológiák

A fotopolimer alapú technológiák közé tartozik többek között a PolyJet, a Sztereolitográfia

(SLA) és a Digitális képfeldolgozás (DLP). A modellépítés során kémiai folyamat játszódik le,

amely során a monomereket és oligomereket tartalmazó gyanták kitérhálósodnak. Fotopolimerek

esetében a térhálót eredményező, jellemzően polimerizációs láncreakció sugárzás hatására

iniciálódik. és gyorsan végbemegy. A sugárzás lehet elektromágneses, gamma-, valamint elektron

sugárzás. Leggyakrabban UV sugárzást alkalmaznak, amely forrása lehet lézer (SLA), vagy lámpa

(PolyJet, DLP). A polimerizációs-térhálósodási mechanizmuson belül megkülönböztetünk szabad

gyökös (akrilát rendszerek), kationos (epoxi és vinilészter-alapú rendszerek) és anionos

(mikrolitográfiánál használt speciális polimer) rendszereket.

A PolyJet eljárást az Objet Geometries cég fejlesztette ki. A tintasugaras nyomtatófejből

kinyomtatott műgyanta rendszert UV fényforrással polimerizálják (8. ábra).

8. ábra: PolyJet eljárás elve

Ez a technológia a polimerizációs láncreakció szabad gyökös változatát alkalmazza, a

gyantában lényegében csak a besugárzás alatt alakulnak ki kötések, térhálós polimert hozva létre.

Mivel a nyomtatás térben történik, és nincs körülötte megtámasztó porfürdő, ezért külön

támaszanyag alkalmazására van szükség. Nagy előny viszont, hogy a támaszanyag vízzel oldható,

így könnyebb és egyszerűbb eltávolítani, mint a többi technológia esetén. További előny, hogy az

UV fényforrásnak köszönhetően olcsóbb és gyorsabb, mint a hagyományos AM technológiák. A

berendezés pontosságát jól jellemzi a 16-30 μm-es építési rétegvastagság, a legvékonyabb

függőlegesen elkészíthető falvastagsága 0,6 mm, a teljes modell pontossága pedig ± 0,05 mm.




A további fejlesztések eredményeként született berendezés segítségével (Connex), ma már

akár több különböző mechanikai és fizikai tulajdonságú anyag is nyomtatható egy munkadarabon

(munkacikluson) belül a felhasznált alapanyagok kombinálásával. . Itt jól használható ki a szabad

gyökös rendszerben rendelkezésre álló több különböző monomer és oligomer keverék adta

szabadság. (Megértést segítő videó.)

Az első AM eljárás a sztereolitográfia (SLA) volt, amelyet 1987-ben mutattak be (9. ábra).

9. ábra SLA eljárás elve

A fotopolimer alapanyagot lézer segítségével térhálósítja ki. A hatásmechanizmus ebben az esetben

is szabad gyökös polimerizáció. Az alapanyag egy tartályban helyezkedik el, amelyben a

munkaasztal található. Első rétegnél a munkaasztal csak egy rétegvastagsággal helyezkedik el a

folyadékszint alatt. A lézer befutja a modell adott keresztmetszetét, így térhálósítva a réteget.

Alámetszések esetén a támasztásról tervezéskor gondoskodni kell. Ez az egyik legpontosabb eljárás,

hiszen az építési rétegvastagsága 25 μm, a teljes modell pontossága ± 0,045 mm, illetve ezzel lehet

a legjobb felületi minőségű modellt előállítani. Fontos megjegyezni, hogy a PolyJet technológiával

szembeni hátránya az, hogy itt szükség van minimális gyantamennyiségre a nyomtatáshoz akkor, is,

ha az nem kerül felhasználásra. Továbbá itt csak egy anyagból lehet felépíteni az egész modellt, így

nem lehet egy darabon belül különböző tulajdonságú anyagot alkalmazni, de a gyantát

egyszerűbben lehet tölteni erősítőanyagokkal. (Megértést segítő videó.)

https://www.youtube.com/watch?v=Som3CddHfZE&feature=youtu.be&t=12s

https://www.youtube.com/watch?v=NM55ct5KwiI&feature=youtu.be&t=12s




2.3. Kisszériás termékgyártás

Az additív gyártástechnológiákkal (AM technológiákkal) feldolgozható alapanyagok

termikus és mechanikai tulajdonságainak fokozatos javulásával lehetőség nyílt nem csak prototípus

szintű termékek, hanem kész termékek legyártására. Ezt kétféle módon tehetjük meg: az egyik,

amikor közvetlenül a terméket gyártjuk le AM technológia segítségével, a másik, amikor

szerszámot hozunk létre. Ezt az eljárást gyors szerszámozásnak (Rapid Tooling, RT) hívjuk. A

gyors szerszámozással előállított szerszámok többnyire csak kis sorozatok gyártására alkalmas,

azonban, már ez is nagy előrelépés, hiszen a hagyományos értelemben vett prototípusokkal

szemben az így előállított darab tulajdonságában, anyagában, sőt gyártástechnológiájában is

megegyezik a sorozatgyártott termékkel, ugyanakkor a szerszámozási költség jóval kisebb.

Manapság egyre inkább arra irányulnak a törekvések, hogy ezt a gyors szerszámkészítési módszert

ne csak a prototípuskészítéshez, hanem a sorozatgyártáshoz is fel lehessen használni.

A gyors szerszámkészítésnek számos lehetséges változata megtalálható a piacon, akár a

prototípusgyártásból kiinduló indirekt módszert, akár a közvetlen (direkt) szerszám előállítási

technikákat tekintjük (10. ábra).

10. ábra Gyors szerszámozás csoportosítása

2.3.1. Indirekt szerszámozás

A gyors szerszámkészítés indirekt módjának az alapja az, hogy valamelyik

prototípusgyártási módszerrel elkészített munkadarabot használjuk fel úgy, mint alakadó

mestermintát. Ez sokkal gyorsabb, mintha forgácsolással készítenék el azt, és adott esetben a

geometriai pontosság (felületkezelést követően) messzemenően kielégítő. Ezt követően a

mesterminta felületét körül öntve egy másik anyaggal elkészíthető a szerszám, amely ellenáll a

sorozatgyártáskor kialakuló nyomásnak, hőmérsékletnek, mechanikai koptató hatásnak.




A szilikon szerszámozás az indirekt technológiák közé tartozik, amellyel olyan viasz,

műanyag és alacsony olvadáspontú fém alkatrészek készíthetők, amelyek nem támasztanak magas

követelményeket a szerszám anyagával szemben, vagyis kicsi a nyomás és a hőmérséklet. A

szerszám anyaga hőre vulkanizálódó szilikon gumi, amelynek két csoportja létezik a térhálósodás

kémiai reakciója szerint: addíciós szilikon gumi, amely zsugorodás nélkül térhálósodik, valamint

kondenzációs szilikon gumi, amely a térhálósodás alatt kb. 2% zsugorodást szenved az elillanó

alkoholok miatt. Az egyik legnépszerűbb alkalmazása a szilikon szerszámoknak, hogy gyorsan

térhálósodó PUR gyantát öntenek bele. Ebben az esetben egy szerszámmal legalább 20-30 db

alkatrész készíthető. Nagy előnye ennek az eljárásnak, hogy alámetszett termékek is gyárthatók,

mivel a rugalmas szilikon szerszám szétfeszíthető a darabok kivételekor (11. ábra).

(Megértést segítő videó.)

11. ábra PUR öntés szilikon gumi szerszámba (1 – RPT minta elkészítése beömlővel, légelvezetőkkel,

formaleválasztó réteg felvitelével, 2 – Az így összeállított rendszer körülöntése szilikon gumival, 3 – Térhálósodás

után a szerszám szétvágása az osztóvonal mentén, minta kivétele, 4 – PUR öntése)

2.3.2. Direkt szerszámozás

Direkt szerszámozás során nem alkalmazunk mestermintát, hanem magát a szerszámot

készítjük valamilyen gyors prototípusgyártási módszerrel. Így a folyamat gyorsabb, egyszerűbb és

jobban automatizálhatóvá válik. Ezek az eljárások jellemzően a hagyományos SLA és SLS alapra

épülnek, azok valamilyen továbbfejlesztett, illetve módosított változatai. (Megértést segítő videó.)

2.4. Reaktív fröccsöntés

A fröccsöntés a polimer késztermékek előállítására szolgáló eljárások közül az egyik

legsokoldalúbb és legdinamikusabban fejlődő szakaszos eljárás. A hagyományos fröccsöntési

technológia mellett számos különleges fröccsöntési mód (berendezés) ismert, kezdve a több

komponensű fröccsöntéssel a por fröccsöntésen át egészen a hőre keményedő anyagok

fröccsöntéséig.

https://www.youtube.com/watch?v=oabCofuknbc

https://www.youtube.com/watch?v=weiVuCcXbzk




A reaktív fröccsöntés (RIM) során hőre keményedő, leggyakrabban poliuretán (PUR)

anyagot dolgozunk fel. A folyamat lényege, hogy két kis viszkozitású, egymással reagálni képes

(monomer, esetleg oligomer) folyadékot kevernek össze, és az elegyet azonnal egy zárt szerszámba

injektálják, ahol az kitérhálósodik. A poliuretán a szerszámban jön létre, ahol az izocianát és a

poliol poliaddíciója révén. A szerszámba fektetett erősítő szövet, esetleg szálpaplan, vagy

valamelyik komponenssel együtt a szerszámba juttatott vágott szálak segítségével kompozit

alkatrészek is előállíthatók ilyen módon.

A reaktív fröccsöntésnek előnye a hagyományos fröccsöntéssel szemben, az alacsony

feldolgozási hőmérséklet, a kis fröccsnyomás illetve záróerő szükséglet (1. táblázat). Hátrányként

kell megemlíteni a bonyolultabb (nagyobb odafigyelést igénylő) szerszám és folyamattervezést,

hisz a szerszámban kémiai folyamatok játszódnak le, amelyeket mindig megfelelő kontroll alatt kell

tudni tartani, valamint jelentős problémát jelent a térhálós termékek újra-feldolgozhatósága,

újrahasznosítása, és a keverő eszközök tisztán tartása.

1. táblázat RIM és a hőre lágyuló fröccsöntés fontosabb paramétereinek összehasonlítása

Reaktív fröccsöntés

(Hőre nem lágyuló)

Hagyományos fröccsöntés

(Hőre lágyuló)

Feldolgozási hőmérséklet (ºC) 40–60 150–370

Viszkozitás (Pa·s) 0,1–1,0 100–10000

Fröccsnyomás (bar) 1-2 (nem habosított)

10–200 (habosított) 800–1000

Ciklusidő (min) 10-60 0,02-5

A komponenseket tartalmazó tartályokból a folyadék – az adagolást is szabályozó –

szivattyúkon keresztül jut el a keverőfejhez, amely a két komponenst összekeveri, majd a

szerszámba injektálja. Nagyobb gépeknél (12. ábra) gondoskodnak a nem összekevert

komponensek feleslegének visszavezetéséről is.

A kisebb gépek felépítése az előzőekben leírtaktól abban tér el, hogy a fogaskerék

szivattyúval a befecskendező-pisztolyhoz eljuttatott komponensek csak egy, a pisztolyhoz erősített

egyszer használatos keverőszárban elegyednek. A befecskendező pisztoly szelepeinek nyitása és

zárása sűrített levegő segítségével szabályozható. Kisebb berendezéseknél a kisebb kihozatal és

adagsúlyok miatt nincs szükség visszavezetésre, így ezt a rendszert és a hőcserélőket nem építik be.

A gépek kihozatala és a fröccsegység nyomása a motor fordulatszámának változtatásával szűk




határok között állítható. A kisebb berendezések kihozatala mintegy 1 liter/percre tehető, míg a

komoly ipari berendezéseké akár az 50 liter/percet is elérheti.

a) b)

12. ábra Reaktív fröccsöntőgép (RIM) (a) és elvi felépítése (b)

Alapanyagát tekintve a technológia alkalmas többek között szilikon, epoxi, vagy poliuretán

alapú keverékek feldolgozására egyaránt. Leggyakrabban a poliuretán alapanyagokat használják,

mert anyagi tulajdonságai (13. ábra) – így felhasználási területei is – adalékokkal és monomerekkel

tág határok között, tetszés szerint megváltoztathatók. A RIM technológiával készített habosított

(struktúrhab) termék összetettségére jellemző példa a gépkocsi műszerfala, amelynek belseje

habosított, felszíne műbőrszerűen strukturált, lágy tapintású és összefüggő. (Megértést segítő videó)

13. ábra RIM alapanyagok

https://www.youtube.com/watch?v=7iITFBVA_0w&t=67s




3. A laborgyakorlat során használt gépek, berendezések

Z310 3D PRINTER (14. ÁBRA)

modelltér mérete: 203x254x203 mm

rétegvastagság: 0,089 – 0,203 mm

építési sebesség: ~ 25 mm/óra

nyomtatófejek száma: 1 db (HP)

14. ábra Z310 3D Printer

ALARIS 30 TÍPUSÚ ADDITÍV GYÁRTÓBERENDEZÉS (15. ÁBRA)


rétegvastagság: 0,028 mm

építési sebesség: ~6 mm/óra

nyomtatófejek száma: 2 db

15. ábra Alaris 30 típusú AM berendezés

CRAFT BOT PLUS FDM ALAPÚ ADDITÍV GYÁRTÓBERENDEZÉS (16. ÁBRA)


rétegvastagság: 0,100 – 0,300 mm

építési sebesség: 50-200 mm/s

nyomtatószál átmérő: 1,75 mm

16. ábra Craft Bot Plus AM berendezés




FORM2 TÍPUSÚ ADDITÍV GYÁRTÓBERENDEZÉS (17. ÁBRA)


rétegvastagság: 0,025/0,050/0,100 mm

építési sebesség: ~6 mm/óra

17. ábra FromLabs Form2 típusú AM berendezés

DEKUMED UNIDOS 100 TÍPUSÚ REAKTÍV FRÖCCSÖNTŐGÉP (18. ÁBRA)

anyagok: epoxi gyanta, poliuretán, szilikon

kihozatali sebesség: max. 800 g/min

18. ábra Dekumed Unidos 100 típusú reaktív fröccsöntőgép




4. A témához kapcsolódó fontosabb szavak angolul, németül

Magyar Angol Német

Additív gyártástechnológia Additive Manufacturing *

Gyors prototípusgyártás Rapid Prototyping (RPT) Schnelle Prototypentwicklung

Gyors szerszámkészítés Rapid Tooling (RT) *

STL Standard Tessellation

Language

*

3D nyomtatás 3D printing *

Sztereolitográfia Stereolithography Stereolithographie

Szelektív lézer szinterezés Selective Laser-sintering Selektiv-Leaser Sintern

Ömledékrétegzés Fused Deposition Modelling *

Réteges kivágás és

felépítés

Laminated Object

Manufacturing

*

Számítógéppel segített

tervezés

Computer Aided Design *

Direkt szerszámozás Direct Tooling *

Indirekt szerszámozás Indirect Tooling *

Poliuretán (PUR) Polyurethane Polyurethan

Epoxi gyanta Epoxy resin Epoxidharze

Szilikon Silicone Silikongießmasse

* Az angol kifejezés a használatos

5. Ajánlott irodalom

1. Dunai A., Macskási L.: Műanyagok fröccsöntése, Lexica Kft, Budapest, 2003

2. A. Gebhardt: Understanding Additive Manufacturing, Hanser Publishers, Munich, 2011

3. I. Gibson, D.W. Rosen, B. Stucker: Additive Manufacturing Technologies, Springer,

New York, 2010

4. Kovács J. G.: Gyors prototípus eljárások II. Gyakorlati megvalósítások, Műanyag és

Gumi, 39, 2002, 103-107

5. Falk Gy., Bartha L., Kovács, J. G.: Rapid Prototyping – Rapid Tooling a gyakorlatban,

Műanyag és Gumi, 42, 2005, 84-87

6. Schwarz P.: Ősminta- és szerszámkészítés epoxi és poliuretán alapú műanyagokból,

Műanyag és Gumi 41, 2004, 167-170

7. http://www.custompartnet.com

8. https://www.3dhubs.com

9. www.dekumed.de

10. www.polychem.hu

http://www.custompartnet.com/

https://www.3dhubs.com/

http://www.dekumed.de/

http://www.polychem.hu/




MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV

Név: Minősítés:

Neptun kód:

Dátum: Ellenőrizte:

Gyakorlatvezető:

1. Feladat

– Kisszériás gyártás megtervezése, anyag választása.

– Termékgyártás PolyJet, FDM valamint 3D printing technológiával és gravitációs

öntéssel poliuretán alapanyagból.

– Költség analízis.

2. Alapadatok, mért és számított eredmények

A gyártani kívánt termék:

mennyisége: [db]

tömege: [g]

Anyag költségek:

PolyJet:

FullCure 835 – modell anyag: 102000 [Ft/kg]

FullCure 705 – támaszanyag: 39000 [Ft/kg]

Szilikon (T-Silox Oxam S3):

Oxam S3 szilikon: 4000 [Ft/kg]

Oxam S3 katalizátor: 800 [Ft/kg]

Biresin G26 (PUR):

A komponens: 4000 [Ft/kg]

B komponens: 4000 [Ft/kg]




Közvetlen (direkt) termékgyártás

PolyJet technológia, Alaris 30

1 db 60 db

FullCure835- modell anyag: [g]

FullCure 705 – támasz anyag: [g]

Termékgyártási idő: [h]

Közvetett (indirekt) termékgyártás

Ősminta készítés

Ősminta készítés módja PolyJet technológia

Ősminta darabszáma 1

Szilikon forma (szerszám) készítés

1 db 60 db

Köraform 42A komponens: [g]

Köraform 42BW komponens: [g]

Szerszámgyártási idő: [h]

PUR Termék gyártása gravitációs öntés útján

1 db 60 db

Biresin G26 A komponens: [g]

Biresin G26 B komponens: [g]

Térhálósodási idő: [h]

Közvetett (indirekt) termékgyártási idő [h]

Költségek

1db 60db

Közvetlen (direkt)

termékgyártás Alaris 30 [Ft]

Közvetett

(indirekt)

termékgyártás

Ősminta: [Ft]

Szilikon szerszám: [Ft]

PUR alapanyag: [Ft]

Összes: [Ft]

Documents

Változat: B4B4 – RPT/RT Változat: 3.7 Kiadva: 2018.február 23. Polimer termékek kisszériás gyártása 6/20 hibáknak a javítása azonban ma már nem jelent gondot, mivel számos