Nie tylko ZCast

-- sobota, 01 lipiec 2006 13:31

Tworzenie form do bezpośredniego odlewania metali nieżelaznych przy użyciu technologii ZCast (patrz: „Szybkie i relatywnie tanie... wykonywanie odlewów” w: Design News nr 06(13)2006 nie jest jedynym sposobem zastosowania maszyn Z Corporation w przemyśle odlewniczym. Równie dobrze drukarki 3D można wykorzystać do tworzenia modeli potrzebnych do wyprodukowania prototypu metodą odlewania precyzyjnego. Technika ta pozwala na odlewanie przedmiotów także z żeliwa i staliwa, czego niestety nie można było wykonać przy pomocy ZCast-u

Metoda odlewania precyzyjnego znajduje najczęściej zastosowanie w odlewaniu drobnych, skomplikowanych części maszyn i urządzeń. Polega na wytworzeniu modelu z materiału nadającego się do wytopienia (np. wosk) lub wypalenia i połączenia go z układem wlewowym, który także jest wykonany z materiału łatwo ulegającego wytopieniu lub wypaleniu. Następnie model jest pokrywany naprzemiennie warstwą masy ceramicznej i piasku kwarcowego lub innym materiałem ceramicznym (np. molochitem, który stabilizuje wymiary i posiada większą wytrzymałość). Po jego wytopieniu forma jest wypalana w celu nadania jej odpowiedniej wytrzymałości. W przypadku stosowania modelu wykonanego maszyną Z Corporation proces jego wypalania jest równoczesny z wypalaniem formy i nabieraniem przez nią wytrzymałości, która po tej operacji jest gotowa do zalania.

Stosowanie drukarek 3D zastępuje tradycyjne tworzenie modelu woskowego i pozwala na eliminację czasochłonnego etapu wykonywania oprzyrządowania potrzebnego do jego uzyskania. Model jest bowiem bezpośrednio wydrukowany przez maszynę Z Corporation, co zapewnia oszczędności czasowe rzędu nawet 3–4 tygodni przy produkcji prototypu. Wykorzystanie znajduje proszek zp14, którego głównym składnikiem jest celuloza. Z doświadczeń firmy Car Technology z Krakowa wynika, że po pokryciu wzorca masą ceramiczną model stworzony przy pomocy drukarki można wypalić w temperaturze ok. 900°C (najlepiej w otoczeniu bogatym w tlen). Po wykonaniu tej operacji w formie zostaje około 1% popiołu, który jest wydmuchiwany sprężonym powietrzem z jej wnętrza. Przy projektowaniu wzorca (modelu) należy wziąć pod uwagę, iż powinien mieć kształt odlewanego elementu, zaś jego wymiary winny uwzględniać: skurcz modelu, rozszerzenie formy podczas jej wypalania oraz skurcz stopu, z którego będzie wykonany odlew (sumaryczna wartość skurczu wynosi około 2%). Proces wypalania ma tę przewagę nad wytapianiem, że nie prowadzi do zbytniego rozszerzania formy i nie powoduje jej pękania. Czas wypalenia zależy od objętości modelu oraz cyrkulacji powietrza.

Maszyny Z-Corporation na szeroką skalę wykorzystuje firma Ford Motor Company. Gdy potrzebowała w okresie 4 tygodni, a więc praktycznie niemożliwym, stworzyć aluminiowe wsporniki, wtedy firma Z-Corporation dowiodła, że jej technologia pozwala podołać takiemu zadaniu. Wzorce z proszku zp14 zostały wykonane w zaledwie kilka godzin, a następnie wysłane do odlewni aluminium. Wszystkie części odznaczały się wysoką jakością powierzchni i brakiem deformacji. Model woskowy wspornika oraz odlany prototyp przedstawia rys.1.

Kolejną spośród udanych prac badawczo – rozwojowych firmy Z Corporation w budowaniu dla Ford Motor Company wzorców do odlewania metodą traconego materiału było stworzenie obudowy dyferencjału dla nowego modelu samochodu. Część ta swoimi gabarytami (260 x 240 x 290 [mm]) przekraczała znacznie rozmiary przestrzeni roboczej drukarki (w przypadku modelu Z402, który nie jest już produkowany). Model CAD obudowy podzielono na trzy części, a każda z nich była drukowana w osobnej maszynie, co w sumie zajęło 15 godzin. Następnie wszystkie fragmenty zostały zmontowane w całość. Na końcu ręcznie dodano odpowiednie promienie odlewnicze.

Umieszczone na sąsiedniej stronie zdjęcia przedstawiają wydrukowany wzorzec (rys. 2a) oraz ostateczny odlew obudowy dyferencjału (rys. 2b).

Skrócenie czasu dzięki zastosowaniu technologii wydruku 3D (zamiast użycia standardowej metody tworzenia modeli, oprzyrządowania oraz rdzennic do wykonania form i rdzeni) pozwoliło firmie Ford bez problemu wykonać zadanie w wymaganym terminie. Od tej pory firma kontynuuje współpracę z Z Corporation, dzięki czemu otrzymuje odlewane części najszybciej, jak to tylko jest możliwe. Wykonywanie modeli cząstkowych i ich precyzyjne łączenie rozszerza zakres zastosowania odlewania precyzyjnego nie tylko do odlewów małych, ale i do takich o większych wymiarach.

Zalety technologii Z Corporation potwierdzają również niezależne badania na temat użycia metod Rapid Prototyping w produkcji modeli do odlewania metodą odlewania precyzyjnego przeprowadzone przez Centrum Lotów Kosmicznych Marshall NASA (Raport APPLICATION OF RAPID PROTOTYPING TO INVESTMENT CASTING OF TEST HARDWARE, czerwiec 2000).

Przetestowano następujące technologie:

• DTM Corp. selective laser sintering (SLS)
• Stratasys fused deposition modeling (FDM)
• 3D Systems stereolithography (SLA)
• Helisys laminated object manufacturing (LOM)
• Sanders Model Maker II (MM2)
• Z-Corp three-dimensional printing (3DP).

Autor: PIOTR CABAJ

Linki sponsorowane

	Produkcja od A do Z w samym sercu polskiego przemysłu Zapraszamy Państwa na VI edycję Targów Produkcji i Technologii PROTECH, które ponownie zagoszczą we Wrocławiu.
	Almanach Produkcji w Polsce Kompleksowy katalog w wersji on-online oraz drukowanej majacy na celu dostarczenie użytecznych informacji o dostawcach dla przemysłu jak i oferowanych przez nich produktach.