Cuprins

Introducere ....................................................................................................................2

1. Tehnologiile de bază a prototipării rapide.....................................................................7

1.1. Stereolitografia.........................................................................................................7

1.2. Tehnologiile cu aplicarea proceselor termice..............................................................17

1.2.1. Tehnologiile SLS....................................................................................................17

1.2.2 Tehnologiile LOM……............................................................................................23

1.2.3 Tehnologiile FDM....................................................................................................25

1.3 Printarea 3D (3D Printers)...........................................................................................30

1.3.1. Genisys (Stratasys)..................................................................................................33

1.3.2. Z 402 (Z Corporation)..............................................................................................35

1.3.3. Actua 2100 (3D Systems).........................................................................................44

1.4 Practice de aplicare a tehnologii RP..............................................................................44

1.4.1. QuickCast. Turnarea dupa modelele stereolitografice…………..………...…………....45

1.4.2 Turnare în forme de silicon flexibile în vid.................................................................46

1.4.3. Utilaj intermediare ..................................................................................................48

1.4.4 Tehnologia RP cu utilizarea benzilor de material ......................................................51

Bibliografie……………………………………..………………………………..……53

1

Introducere

Crearea noului tip de produs – este un process de lungă dutăta şi complixitate sporită,

necesită mai multe etape de proiectare şi analiză pînă la momentul, cîd începe producerea în

masă. Trecerea acestor etape mai repede este posibilă cu implimentarea metodelor de modelare

3D. Sistemele moderne de proiectare (CAD) permit considerabil de a micşora timpul de

proiectare şi modelare a produsului nou şi sinecostul lui. Însă problema de confecţionare a

primului model real sau a unui element a piese cu o complexitate a formei rămăne pe primul loc,

deoarece crearea procesului tehnologic de fabricarea a piesei şi a elementelor ce contribuie la

acest proces necesită cheltuieli care sunt în valoare cu cheltuielile proceselor de proiectare a

piesei.

În procesul de lucru asupra unui proiect nou, mai ales la faza iniţială de proiectare, e greu

de dipistat neajunsurile şi greşelele, folosind doar imaginea de pe desktop. Avînd modelul real a

viitoarei piesei se pot depista si înlătura diferite neajunsuri şi de corejat căiele procesului de

proiectare. Prototipul piesei poate fi folosit ca modelul concept pentru vizualizare şi analiză;

prototipul permite proiectanţelor de a efectua unele teste funcţiionale şi modificări.

Modelele prototip micşoreza cheltuielele la proiactare, timpul le lansare a produsului în

masă pe baza depistarii la fazele iniţiale a greşelilor posibele, lărgesc dialogul între proiectanţi şi

comandatar, micşorează timpul de lansare a produsului pe piaţă.

Sfîrşitul anilor 80 începe cu dezvoltarea tehnologiilor de formare a obiectelor 3D, nu

conform metodelor tradiţionale de înlăturare a adausului (strungirea,frezarea, prelucrarea prin

erodare) sau schimbarea formei semifabricatului (laminarea , matriţarea), dar prin calea creşterii

(adăugării) a materialului sau schimbarea propriităţilor fizice în faza de prelucrare a materialului.

La momentul actual sunt înaintate tehnologii de formare strat cu strat a obiectelor 3D

conform prototipului versiunii electronice 3D.

Aceste tehnologii sunt cunoscute sub denumirea de proiectare rapidă (RP-Rapid

Prototyping). Schemele tradiţionale de obţinere a modelelor reale a viitoarelor piese necesită un

timp de aproximativ de 2 săptămîni pînă la cîteva luni, ce aduce nemijlocit surplus de cheltuieli

la producerea noii piese şi tot odată creştera timpului de lansare a produsului nou.

2

Noţiunea de prototipare rapidă reprezintă o serie de procese care automat crează

modelele complicate 3D a pieselor fără obţinerea lor prin intermediul sculelor de prelucrare, pe

calea de prelucrare a datelor, ce sunt citite din sistema CAD. Apariţia sistemelor de

confecţionare rapidă a prototipelor a produs schimbări radicale in tehnologiele de proiectare şi

obţinerea piesei.

Tehnologia trototipării rapide şi-a găsit întrebuinţarea în aşa ramuri industriale ca:

construcţii de maşini, electronică, medicină, unde sunt create masişini si mecanisme complexe,

sunt confecţionate un şir de modele experimentale şi machetele pieselor, ce necesită un timp mai

îndelungat la proiectare şi fabricare.

Diagrama ne arată domeniile de întrebuinţare a tehnologiilor prototipării rapide.

Industria construcţiilor de maşini se află pe primul loc,pe locul doi se afla produsele de larg

consum, sub compartimentul “altele” sunt, ca exemplu firmele ce produc produsele sportive.

Fig 1. Diagrama ramurilor principale de întrebuinţare a tehnologiilor prototipării rapide.

La timpul actual sunt cunoscute diferite sisteme de prototipare rapidă care produc modele

conform diferitelor tehnologii şi din diferite materiale care au la bază obţinerea conform

tehnologii de formare strat cu strat a modelelor, care constău în:

o Preluarea datelor 3D din sistema CAD, Fig. 2a;

o Divizarea modelului 3D pe straturi cu ajutorul programei, Fig. 2b;

o Formarea piesei divizate strat cu strat de jos în sus pînă la obţinerea modelului

real.

3

Stratele se formiază de jos în sus unul peste altul şi sunt legate între ele. Formarea

prototipului continuă atîta tip cît sunt preluate datale modelului divizat din sistema CAD-fig. 2b,

fig. 3.

Fig. 2. Principiul de creare a modelului real.

Fig. 3. Din dreapta: fabricatul, modelul 3D,CAD, reprezentarea a doua straturi diferite

(Culoarea roşie-materialul de umplere, verde-materia piesei).

Pe piaţă RP-sistem apar în anul 1987. Baza a fost intemiată de compania 3DSystems, care

a inaintat pe piaţă maşina stereolitografică. La momentul actual mai multe companii pe piaţă î-şi

prezintă produsele. Acum 3DSystems concurează cu compania Stratasys şi DTM. Alţii

reprezentanţi al concurenţei date: Helisys Inc., Sanders Prototypes Inc., Cubital America Inc. şi

Z Corporation (fig. 4.)

4

Fig. 4. Influienţa companiilor pe piaţă asupra sistemelor tehnologiilor RP.

Diagrama ne arată că actualmente pe piaţă rolul principal în sistemele şi tehnologiile RP e

ocupat de compania 3DSystems. În prezent sunt cunoscute mai multe metode a prototipării

rapide.

- stereolitografia(SL - Stereolithography);

- aplicarea termoplastului (FDM - Fused Deposition Modeling);

- aplicarea razei laser asupra pulberelui (SLS - Selective Laser Sintering);

- fabricarea piesei prin laminare (LOM - Laminated Object Manufacturing).

Sun cunoscute zeci de metode a prototipării rapide. Toate diferă înre ele. Putem aprecia

RP-sistem după următoarele criterii:

Gabaritele piesei

Gabaritele piesei pe care o poate confecţiona sistema de prototipare e limitată de

diminsiunile camerii de creştere. În dependenţă de modelul maşinii, dimensiunile de gabarit a

piesei pot fi 20x20x2 mm pînă 600x500x600 mm. Piesele mari pot fi confecţionate pe bucăţi şi

combinate într-o piesă.

Producerea

Viteza de creare a modelului depinde de următorii factori:

-mărimea piesei,

-complexitatea,

-materialele folosite,

-programarea maşinii.

5

Materialele

Există un spectru larg pe piaţă de materiale pentru prototipare, care se deosebesc după:

calitatea suprafeţei formate, nivelul de precizie.

În dependenţă de proces în prototiparea rapidă se folosesc materialele de bază ca:

polisterina, termoplasticul, policarbonat, neilon, ABS, răşini sintetice, hîrtie...

Precizia

Măsura de coincidere cu modelul CAD depinde de factorii:

-corectitudinea failurilor CAD,

-grosimea straturilor,

-proprietăţile materialelor.

Preţul

RP-sistem in ultimul timp incearcă să producă maşini mai ieftine şi productivitate mare,

micşorînd preţum şi mărind camera de lucru.

În aşa masură, tehnologiile noi de fabricare a prototipelor permit considerabil de micşorat

durata de conficţionare a modelului pentru vizualizare, finisare, şi alte operaţii, ce contribuie la:

-micşorarea timpumui de proiectare,

-îmbunataţirea designului,

-creşterea calităţii,

-micşorarea sinecostului produsului şi producerii,

-micşorarea timpului de întroducere a schimbărilor în construcţia piesei.

Proiecterea rapidă a prototipelor a devenit o componentă principală a proceselor

CAD/CAM. Tehologiile RP permit în scurt timp de a verifica datele sistemei CAD. Solicitarea

modelării solide fovoriziază răspîndirea tehnologiilor rapide de obţinere a prototipelor. Tot odată

creşte calitatea materialelor şi precizia prototipelor. Tehnologiile şi sistemele prototipării rapide

tind a ocupa tot mai mult loc în proiectarea automatizată. În viitorul apropiat sistemele RP vor fi

accesibile tuturor utilizatorilor devenind instrumentul de bază a proiectantului, mărind calitatea

proiectării şi micşorînd timpul de lansare a produsului.

6

1. Tehnologiile de bază a prototipării rapide

Lucrul unor sistemelor RP au la bază un proces chimic de fotopolimerizare, unde soluţia

de polimer se transformă în polimer solid sub influenţa razelor ultraviolete.

Altele sisteme RP funcţionează avînd la bază procesele termice prin intermediul carora

sunt obţinute modelele fizice. Acest proces tehnologic presupune o funcţionare prin injectare a

materialelor termoplastice, care, prin suprapunerea de straturi, formează modelul fizic; sub

influenţa proceselor termice, materia praf se solidifică şi strat cu strat, se unesc prin procesul de

lipire.

1.1 Stereolitografia

Tehologiile prototipării rapide are la bază stereolitografia.Stereolitografia (SL) a fost

înaintată de compania 3D Systems în anul 1987, actualmente peste 500 din sistemele

Stereolitografice (Stereo Lithography Apparatus - SLA) sunt promovate si folosite de companiile

din toată lumea. Şi zi cu zi numărul acestor sisteme creşte. Sistemele stereolitografice produc

obiectele fotopolimerice de o precizie înaltă din datele 3D CAD.

Procesul stereolitografic presupune schimbarea locală a fazelor mediului integru (trecerea

din stare lichidă în stare solidă) în rezultatul fotopolimerizării în volumul polimerizării indicate.

Scopul fotopolimerizării constă în formarea prin intermediul razelor laser în mediul lichid activ

capacităţi de interacţiune (radicali, ioni, particulelor active), care intră în reacţie cu moleculele

monomer, ce iniţiază creşterea polimerilor în lanţ. Ca urmare a acestui proces are loc schimbarea

fazică a mediului, adica la interacţiunea dintre raza laser şi lichidul activ se obţine polimerul

solid.

Maşina stereolitografică e dotată cu rezervuarul cu fotopolimeri lichizi; mecanismul

amplasat orizontal cu avans, ce face parte din rezervuar şi laser, care transmite informaţia despre

straturi nemijlocit pe suprafaţa polimerului.

Laserul reprezintă elementul, de lucru, principal a stereolitografiei care, pas cu pas, preia

forma secţiunii obiectului. Fotopolimerul lichid se solidifică în locul unde se afla în contact

nemijlocit cu raza laser. Platforma cu avans pe care creşte piesa, e amplasată mai jos decît

suprafaţa cu supstanţa de fotopolimerizare pe distanţa egală cu grosimia primului strat. Pe

suprafaţa de fotopolimerizare se formiaza imaginea, care corespunde cu prima secţiune a

obiectului. În spaţiu de acţiune a razei laser se formiază pelicula polimerului solid. După

formarea primului strat, platforma cu pelicula formată se deplasează in jos la distanţa, egală cu

grosimea următorului strat. Stratul nou de material se amplasează pe suprafaţa format, pe

7

suprafaţa cu substanţa de fotopolimerizare se proiectiză imaginea, ce corespunde cu adoua

secţiune a piesei. Pe urmă platforma cu avans se deplaseaza la distanţa, egală cu grosimea

următorului strat şi procesul se repetă automat pină la obţinerea a piesei de formt. Cu obţinera

ultimului strat format, platform se deplasează in sus pînă la primul strat unde piesa crescută se

preia depe platformă, de pe suprafaţa piese se inlătură substanţa lichidă a fotopolimerului şi piesa

se usucă.

Modelul finit î-şi menţine forma şi dimensiunea fiind incălzit la temperature de pînă la

100°C. Rugozitatea suprafeţii fără premucrare nu depaşeşte 100 µm. Fotopolimerul uscat usor se

supune prelucrării. Duriatea pieselor finite se compară cu duritatea piesemor confecţionate din

rasini apoxide.

Obiectul crescut strat cu strat se află în lichid, deci el trebuie să fie fixat rigid de

platformă, pentu nu a permite devieri sau rupere de pe platformă la apariţia forţelor

hidrodinamice, care apar la mişcarea platformei cu piesa în creştere în lichid, sau schimbarea

centrului de greutate a obiectului crescut. Caracteristicele fizice (duritatea rigiditatea) a stratului

subţire de peliculă limitează mărimia adausului în procesul de formare a piesei. În procesul de

confecţionare a piesei apar straturi ce nu au legătură cu stratul precedent. Regiunile ce nu au

fixsare necesită de elemente ajutătoare de sprijin, care susţin piesa in procesul de fabricare. Cu

cît e mai mare suprafaţa de contact a piesei cu platforma e mai complicat de eliminat piesa de

platformă. Elementul de spijin reprezintă pereţi supţiri (0,1-0,5 mm) care se intersectiază între

ele formînd o construcţie rigidă.

Neajunsul de bază a stereolitografiei tradiţionale este productivitatea joasă a procesului,

pentru marirea caruia este implementată masca. Confor modelarii 3D, geometria straturilor piesei

este aplicată intîi pe fîşiile stăvezii, confecţionînd modelele maşti. În loc de raza laser pe

fotopolimerul lichid prin intermediul maştii se îndreaptă lumina lampei speciale ce cuprinde

intreaga suprafaţă a straturilor. După durificarea stratului rămăşiţele fotopolimerului lichid sunt

înlăturate şi găurile sunt umplute cu ciară lichidă. După presare şi durificarea lichidului de ceară

excesul se înlătură cu sratul durificat a piesei. Construcţia se deplasează în polimerul lichid la

adîncimea următorului strat şi se îndreaptă lumina lampei prin masca următorului strat al piesei.

Tehnologia dată nu necesită surplus de timp pentru durificarea materialului piesei, necesar

variantei clasice – stereolitografie.

8

Tehnologia dată a fost propusă de Charles Hall în anul 1984. Maşina stereolitografică e

înaintată de compania 3D systems Inc, USA (90% din piaţă), aparatele date au apărut în anul

1988. Schema structural de implementare a tehnologiei. Fig.5

Platforma cu avans (A), Întîi e amplasată în suprafaţa de jos a rezervuarului (B), care este

umplut cu raşină polimerică lichidă (C). Cava cu polimer de obicei acumulează 20-200 litri.

Materialul dat are proprietatea de solidificare la acţiunea razelor ultraviolet. Se întrebuinţiază

He-Cd sau Ar laser cu radierea undelor de lungimia 320-370 nm. Procesul e bazat pe absorbţia

polimerului fotosensibil a razei laser cu anumită lungime a undelor, ca rezultat în locul de

absorbţie se petrece procesul de polimerizare a radicalilor polimerului. De obicei se folosesc

materialele, care se solidifică la acţiunea radierii ulitraviolete, dar există raşini ce se solidifica

sub acţiunea radierii vizibile. Fotopolimerul e sensibil la lumină şi toxic, din acest motiv cava

trebuie protejată de lumină şi să fie înzestrată cu sistemă de ventilare.

Fig. 5. Schema procesului stereolitografic.

Raza laser se deplasează pe suprafaţa polimerului lichid, pentru a trasa geometria

secţiunii piesei. Raşina se solidifică doar în locul de acţiune a rezei lazer, care se deplasează pe

planul Z-Y fiind dirijat de sistema de scanare (D). Sistema de scanare include în sine deflectoare,

care dirijiază cu oglinzi, inforlaţia de schimbare a poziţiei e preluată din sistema CAD. În aşa fel

raza laser se deplasează repede şi pe traiectoria dată.

9

Modelul se deplasează în jos (la distanţa aproximativă de 0.5"=1,3 mm) pe un anumit

timp, în acest timp suprafaţa ei se umple cu lichid ne polimerizat, unde macanismul de nivelare

(E) înlatură surplusul de polimer lichid de pe suprafaţă. Modelul se mişcă în jos, iar raza laser

rămîne focusată pe suprafaţa polimerului. Această mişcare poate contribui la schimbarea

volumului lichidului în cavă şi necesită control suplimentar. În caz de divierea nivelul se restitue.

Grosimia straturilor constituie de la 50 pînă la 500 μm. Aceasta permite de a corela distanţa de

coborîre a platformei. Cu cît e mai subţire stratul solidificat cu atît e mai precisă suprafaţa piesei,

însă procesul durează mai mult. Parametrii radierii laser sunt dirijate, reflectoarele permit

controlul mişcării razei pe planul X-Y a suprafeţii lichidului.

Procesul continuă pas cu pas pînă piesa nu e finisată. Unile modele a piesei pot avia

devieri in construcţie şi au nevoie de suport suplementar în timpul executării. Suporturile se

creaza în timpul modelării 3D a modelului cu ajuporul softurilor (Solid Concepts, Los Angeles,

California).

Ele permit:

-stabilizarea piesei,

-împiedică dezasamblarea straturilur în zonele dificile a piesei,

-corecta unile divieri a straturilor de pe bază,

-permite usor de dezasamblat modelul finit de bază,

-permite confecţionarea modelelor complicate divivîndule în cîteva parţi.

După ce procesul de executare a piesei a luat sfîrsit, modelul finit se ridică dea supra

nivelul lichidului şi rămăşiţele lui se scurg. După eliminarea modelului din cavă, ea e amplasată

în cuptor penru o durificare mai sporită a polimerului.

Stereolitografia prin metode laser ne permite obţinerea pieselor de complexitate înaltă şi

integre.

Avantaje:

-maşina automată lucrează fară dirijarera operatorului,

-precizie înalta în redarea piesei,

-colţurile ascuţite a modelelor sunt umplute cu polimer, ce micşorează posibilităţile de

dezasamblare a piesei,

-întrebuinţarea pe larg a procesului dat.

10

Dezavantaje:

-necesipă timp îndelungat de prelucrare dupa finisare (16 ore şi mai mult),

-aşezarea polimerului în timpul de solidificare duce la deformarea suprafeţei, micşorînd precizia

de executare,

-toxicul chimic a polimerului şi a soluţiilor de curăţare a cavei,

-numărul mic a tipurilor de polimer folosite (preţul înalt pentru un litru $100-200),

-calificarera înaltă a muncitarilor şi chiltueli pentru deservirea mecanismului,

-necesitatea de suporturi,

-lucrari de înlăturare a suporturilor la finisare.

Procesul dat e reprezentat schelatic în fig. 6.

Fig.6. Principiul mecanismului stereolitografic.

11

Promatorul de bază a tehnologielor SAL şi de fabricare a utilajului este compania 3D

Systems, infiinţată în anul 1986. La momentul actual deţine locul de frunte la vînzări şi

producere pe piaţa sistemelor RP stereolitografice şi printerelor 3D.

Prima masină sereolitogrăfică apărută pe piaţă în anul 1987 de 3D Systems este SLA-250

(fig. 7, b).

Masină sereolitogrăfică din seria SLA-250 permitea construcţia modelelor conceptual

complicate. Datorită preciziei înalte şi vitezei de formare a piesei de calitate înaltă, maşinile

SLA-250 cu succes sunt folosite la proiecterea noilor produse la sute de intreprinderi în industria

construcţii de maşini şi aerocosmică în îtreprinderele ce produc computatoare, produse de larg

consum şi utilaj medical.

Folosirea SLA-250 permite depistarea greşelelor la nivelul iniţial de proiectare, creşterea

calitaţii produsului, de a micşora timpul şi sinicostul la pregătirea fabricării în masă.

Implimentarea a sistemei din seria SLA-250 permita obtinerea pieselor cu coificient înalt de

concuremţă.

Precizia înaltă şi siguranţă.

Sistema SLA-250 permite construcţia modelelor comlicate, de precizi înaltă şi calităţii

înalte a suprafeţii.

Gabaritele camerii de fixare SLA-250 (250×250×250 mm). Componentele He-Cd laser,

cu o garanţie de 2000 h şi sistema de reglare, termit de a realiza lucrul în continu a sistemei

SLA-250 în regim automat, ce duce la creşterea productivităţii sistemei.

Construcţia sistemei SLA-250 oferă posibilitatea simplei instalări cu cerinţe acceptabile

de ventilare şi folosire sistelei electrice obişnuite. Mărirea posibilităţilor sistemei SLA-250 se

petrece pe baza modernizării.

Noua generaţie a sistemelor stereolitografice (SL) sunt prezentate de SLA-3500. Această

sistemă permite obţinerea modelelor de dimensiuni medii cu coificient de productivitate înalt,

posibilă datorită folosirii mecanismelor complicate, calculate pentru funcţionarea îndelungată şi

siguranţă înaltă. Productivitatea sistemei SLA-3500 este mai mare cu 53% ca la SLA-250.

Camera de fixare, sistemei SLA-3500 are destul spaţiu pentru fabricarea pieselor de gabarite

medii sau în acelaşi timp a două sau a mai multor piese.

SLA-3500 e înzestrată cu noul laser din corp solid din Nd:YVO4 , care funcţionează cu

fregvenţă triplă cere oferă o putere de 160 mw în timp de 5000 ore lucrătoare.

12

Sistela stereolitogrefică oferită de compania 3D Systems este SLA-5000 (fig. 7, a). în ea

sunt implimentate cele lai noi tehnologii din domeniul stereolitografii, considerabil mărind viteza

de formare a piesei şi oferind o extlotare simplă. Productivitatea sistemei SLA-5000 este mai

mare cu 35% ca la SLA-3500.

a). b). c).

Fig. 7. Sistemele stereolitografice: a) SLA-5000, b) SLA-250, c) SLA-7000.

Sisteme ne oferă tempoul înalt la producerea noimor piese. Gabaritele maximale a

pieselor fogmate de SLA-5000 sunt de 508×508×584 mm, permite confecţionarea construcţiilor

de gabarite mari sau a mai multor piese de acelaşi fel (diferite) în acelaşi timp. Camera de lucru

are două ferestre, cere suficient uşureaza eliminarea pieasei finite. SLA-5000 e înzestrată cu laser

ultraviolet din corp solid cu putere sporită.

Una din ultemele sisteme stereolitografice înaintată de 3D Systems SLA-7000 are

productivitatea de 40% mai înaltă ca la modelul precedent. Grosimea stratului de 0,0254 mm

formiază o suprafaţă netedă, ce contribuie la micşorarea timpului prelucrării ulterioare.

Construcţia cu siguranţă sporită include sistema optică cu vibrări joase, tehnologia laser

revoluţionară cu diametrul dublu, micşoreză timpul repaus şi neexactitaţilor.

Prezentăm tabelul 1.1 compararea parametrilor diferitor sisteme stereolitografice.

Tabelul 1.1. Parametrii diferitor sisteme RP.

13

La confecţionarea prototipului unul din factorii principali este precizia. Analiza

cercitarilor şi experimentelor a permis depistarea a trei factori principali ce contribuie asupra

preciziei de executare a prototipelor:

-parametrii sistemei,

- confecţionarea modelului strat cu strat,

-materialul de comfecţianare a piesei.

Tabela prezentată mai jos ne arată dependenăţa grosimii stratului de materia de

confecţionare a modelului după metoda stereolitografică a prototipării rapide. Din tabel

observăm că modelele cele mai precise sunt confecţionate din materialul care are la bază adaus

14

de răşini (de exemplu, SL7540 şi altele). Aceasta este posibil faptului că legăturile de răşini au

proprietatea mai mică de aşezare în compareţie cu polimerii acrili. Proprietăţile de aşezare a

materialelor bazate pe legăturile de raşini este 0,6± 0,1%. Cu toate creşte şi precizia la folosirea

utilajului modern. Din table e evident că la folosirea utilajului stereolitografic SLA-7000 se

poate obţine precizia de 0,025 mm.

În tabelul 1.2 e arătată dependenţa preciziei stratului de materialul modelului.

Tabelul 1.2

Tabela 1.3

15

Datele pentru precizia apcisei şi ordonatei (Y,Z) nu sunt deoarece, precizia pe axele date e în

dependendenţă de material.

În figurile 8 şi 9 sunt prezentate exemple de modele executate prim metoda stereolitografic

Fig. 8. Modelul automobilului Citroen C3 (scara 1:5), executată în Citroen pentru premucrarea

datelor de disain.

16

Fig. 9. Statuia în procesul de fapricare în interiorul sistemei stereolitografice şi modelul finit.

1.2. Tehnologiile cu aplicarea proceselor termice

Utilajul de la DTM Corp., EOS, Helisys şi Stratasys bazată pe procese termice şi urlătoarelor

tehnologii de bază:

-Selective Laser Sintering (SLS - tratament termic lazer asupra materialului praf), DTM

Corp.,EOS;

-Laminated Object Manufacturing (LOM - obţinerea pieselor folosind laminarea), Helisys;

-Fused Deposition Modeling (FDM - amplasarea firului polimerului topit strat pe strat),

Stratasys.

1.2.1. Tehnologiile SLS

Principiul de lucru la fabricarea pieselor prin sinterizare selectivă cu laser este prezentat în fig. 10a. Procedeul de fabricare rapidă a prototipurilor prin sinterizare selectivă cu laser se bazează pe materializarea unui model 3D virtual (construit într-un sistem CAD) prin adăugare de straturi succesive. Faţă de procedeul LOM, unde laserul focalizat în planul de lucru decupa conturul interior/exterior al fiecărei secţiuni, în cadrul acestei metode, laserul acoperă punct cu punct întreaga arie a secţiunii, sinterizând stratul fin de material depus pe platforma de lucru. Nu este necesară construirea de suporţi deoarece stratul de material anterior (sinterizat sau nu) constituie suport pentru stratul curent de material.

17

Fig. 10a. Principiul de lucru la SSL

Sistemul laser 1 din (fig. 10a) generează o radiaţie laser care este focalizată de lentila 2 şi direcţionată printr-un sistem de oglinzi 3, către suprafaţa platformei de lucru 6. La începutul procesului de lucru platforma 6, se găseşte în poziţia superioară (de top). Un sistem de alimentare 4, depune pe suprafaţa platformei un strat subţire de pulbere metalică, de grosime controlată. Raza laser scanează suprafaţa platformei după o traiectorie corespunzătoare geometriei primei secţiuni prin piesa de prelucrat. În urma procesului de scanare, radiaţia laser sinterizează local stratul de pulbere.

După ce radiaţia laser a scanat în întregime suprafaţa primului strat, platforma de lucru coboară pe o distanţă egală cu grosimea unui strat. Sistemul de alimentare cu material depune un nou strat de pulbere metalică peste stratul precedent. Din nou radiaţia laser va scana stratul curent de pulbere metalică în conformitate cu geometria noii secţiuni prin modelul solid al piesei de prelucrat. În timpul procesului, va exista un permanent control între grosimea stratului de pulbere metalică depus pe platforma de lucru, distanţa dintre secţiunile făcute de programul pe calculator prin modelul solid al piesei şi respectiv mărimea deplasării platformei de lucru după fiecare strat prelucrat. Faţă de procedeul LOM, în cazul sinterizării selective cu laser a pulberilor metalice, este necesar un laser de putere mare.

În tehnologia dată modelul confectionat nu are nevoie de suport deoarece materialul praf

netopit rămîne în cameră, oferind suportul necesar.

După obţinerea modelului acesta e înconjurat cu materialul nefolosit. Praful este înlăturat

numai dupa solidificarea modelului, care în dependenţă de material poate dura cîteva ore

(fig.10b).

18

Avantajul metodei date constă, că modelele pot fi confecţionate cum din plastic aşa şi din

restul materialelor care sub influenţa tremperaturii se topesc, iar la răcire se solidifică.

Principalii producători a utilajului pentru metoda, interacţiunii cu raza laser a materialului

praf sunt companiile DTM Corp. (S.U.A) şi EOS (Germania). Ambele companii crează utilajul

pentru producerea prototipelor din plastic, matal şi nisip.

Fig. 10b. Imaginile scheme de înlaturare a modelului finit de materialul praf.

Materialele folosite în procesul de sinterizare selectivă cu laser sunt deosebit de diverse, începând cu pulberile din poliamide (DuraForm PA, PA1500, PA2200, PA1300GF, PA3200GF etc.), pulberile metalice (M Cu 3201, DirectSteelTM 50-V1, DirectMetalTM 50-V1, DirectMetalTM

100-V1, RapidSteel 1.0, RapidSteel2.0 etc.), pulberile pe bază de cuarţ sau zirconiu (EOSINT S cuartz, EOSINT zircon HT) etc.

Pulberile metalice sunt compuse de regulă din doi componenţi: primul cu punct de topire ridicat numit metal structural şi al doilea cu punct de topire scăzut având rol de liant. Compoziţia de bază a pulberii metalice folosite în procesul DMLS a fost dezvoltată şi patentată în 1980 de firma Electrolux Rapid Development din Finlanda, pentru producţia de piese sinterizate, formate la presiuni mici. Licenţa pentru folosirea exclusivă a acestor patente este deţinută de firma germană EOS GmbH.

19

În fig. 11 sunt reprezentate utilajele SLS Sinterstation 2500 şi Sinterstation 2500Plus.

Fig. 11 utilajele SLS: a) SLS Sinterstation 2500;b) Sinterstation 2500Plus.

Piesele fabricate prin SLS pot fi prelucrate în continuare (dacă este necesar) prin frezare, găurire, rectificare, etc., întocmai ca orice altă piesă din aluminiu. Toate caracteristicile mecanice ale pieselor pot fi îmbunătăţite semnificativ prin impregnarea piesei cu o răşină epoxidică rezistentă la temperaturi înalte. Acest proces secundar nu are influenţă asupra preciziei geometrice a piesei, nu au loc deformaţii termice deoarece impactul termic asupra piesei este mic. Rezultatul impregnării conduce la îmbunătăţirea rezistenţei la încovoiere până la aproximativ 400 N/mm2 şi o netezire a suprafeţelor prin închiderea porilor. Duritatea suprafeţei după impregnare este de aproximativ 108 HB. Infiltrarea pieselor se realizează prin acţiunea forţelor capilare.

În prezent se studiază şi posibilitatea impregnării pieselor cu alte aliaje uşor fuzibile. Deşi proprietăţile mecanice sunt simţitor îmbunătăţite, costul mare al echipamentelor necesare şi pierderea de precizie datorită contracţiilor mai mari de 2 % sunt un dezavantaj major.

Precizia de executare

Două companii de bază ce implimentează tehnologiile SLS, este compania americană

DTM şi compania germană EOS. În tabela 4 de jos sunt aduse precizia datelor pe trei axe de

coordinate şi grosimea stratului în dependenţă de utilajul folosit. Compania DTM cu utilajul

Sinterstation obţine rezultate mai performante în comparaţie cu compania concurentă EOS.

Precizia de executare a modelului depinde de geometria modelului, poziţionarea

modelului în camara de creştere. Precizia de executare e influinţată de diametrul razei laser.

Tehnolagia SLS foloseşte doua tipuri de materiale praf, plastic sau metal (vezi fig.12).

De exemplu, polisterina, folosipă la obţinerea prototipelor, se topeşte la temperature destul de

joase, ce contribuie la aşezări neînsemnate a straturilor, ce duce la o precizie mai ănaltă.

20

Folosirea materialelor praf metalice cu denumirea DirectMetal, ce conţine bronzul, permite

obţinerea dimensiunile piesei ce nu depăşesc precizia de 0,05 %.

În tabelul 4 sunt prezentate datele a preciziei de executare a piesei şi grosimea straturilor în

dependenţă de modelul utilajului.

În fig.13 sunt prezentate exemplele modelelor, ce demonstrează capacităţile tehnologiilor SLS.

Tabelul 4.

Aplicaţii ale SLS

Una dintre cele mai importante aplicaţii ale sinterizării metalelor cu ajutorul laserului este producţia de scule şi matriţe pentru injecţia de mase plastice. Se folosesc de regulă două metode.

Metoda indirectă de sinterizare cu laser, când laserul polimerizează un liant organic din pulberea metalică, urmând ca sinterizarea propriu-zisă a pulberii metalice să se realizeze într-o fază ulterioară, într-un cuptor de sinterizare în care liantul organic este ars. Metoda directă constă în sinterizarea cu laser a pulberilor din materiale termoplastice.

Procedeul este util pentru matriţe având forme complexe. În cazul matriţelor metalice având configuraţie geometrică simplă, este mai avantajos de folosit un procedeu de frezare pe maşini-unelte de frezat cu CNC. Totuşi, dacă matriţa metalică are anumite zone de geometrie complicată care nu ar putea fi prelucrate decât prin electroeroziune cu electrod masiv, atunci SLS este de recomandat. Uneori, anumite canale interioare în matriţă, având secţiune variabilă, nu pot fi prelucrate nici prin electroeroziune. Singurul procedeu competitiv ca precizie şi preţ de cost rămâne SLS.

21

Sinterizarea selectivă cu laser şi impregnarea pieselor durează 1-2 zile în funcţie de mărimea acestora. Timpul necesar proiectării pe calculator (CAD) precum şi pentru finisarea acestora, este acelaşi ca pentru orice altă piesă prelucrată printr-un alt procedeu convenţional. Precizia constructivă a planelor de separaţie a matriţelor este suficient de bună pentru a fi necesară doar cel mult o operaţie de finisare manuală. Proprietăţile mecanice ale matriţelor fabricate prin SSL sunt acceptabile pentru injecţia de piese din mase plastice. Totuşi, există multe aspecte tehnologice deosebit de importante, mai ales privind stabilitatea dimensională în timpul post-procesării, care trebuie elucidate în cadrul cercetărilor ulterioare.

Fig. 12. Materialul şi piesele nefolosite în rezultatul creării modelolui finit.

Fig. 13. Capacipăţile tehnologiilor SLS.

22

1.2.2 Tehnologiile LOM

LOM - Laminated Object Manufacturing-obţinerea modelelor strat cu strat.

LOM – tehnologia de obţinere a modelelor 3D prin metoda fixării srat cu strat, obţinute din

material banda (vezi fig. 14.). Modelele executate după tehnologia LOM au o apreciere înaltă a

formei şi a trăsăturilor estetice. Duritatea obiectelor LOM ne permite testarea experimental a

modelelor. Pentru confecţionarea modelelor este folosipă hîrtia sau fişiile de plastic cu adăugarea

elementelor de legătură. Modelele LOM executate după componenţă se aseamănă cu cea a

lemnului şi permit prelucrarea (vezi fig. 15).

Fig. 14. Schema de creare a prototipelor dută tehnologia LOM.

Cu ajutorul programei speciale sunt calculate numarul de secţiuni necesare pentru formarea

piesei. Dupa care datele CAD, ce conţin informaţia modelei finite, sunt transmise in sistema de

dirijare a proceselor utilajului LOM.

Materialul din bobină e transmis spre suprafaţa de lucru si prin intermediul razei laser se

preia conturul secţiunii de pe fişie. Suprafeţele cu surplusul de material sunt marunţite si

inlaturate pe parcurs. Pe suprafaţa de lucru se aduce materialul pentru stratul următor si se

fixează cu stratul precedent prin intermediul termorotilei. Pe parcurs se creaza conturul secţiunii

pe fîşie şi este preluat de raza laser.

După crearea tuturor straturilor, surplusul de material se inlatură manual. In caz de

necessitate se petrec operaţii de finisare a modelului (rectificare, prelucrarea suprafeţii cu

vopsea, lac).

23

Fig. 15. Exelple prototipelor LOM.

Din cauza folosirii materialelor dure şi ne costisitoare, avantajele modelelor LOM sunt:

rezistente la deformari, preţ avantajos, ce nu depinde de complexitatea modelului.

Deţinătorul a tehnologiei LOM şi producatorul de utilaj este compania americana Helisys Inc.,

care produce utilajul LOM paper, LOM plastic, LOM composite, pentru diferită materie primă.

Utilajul LOM-1015plus şi LOM-2030H utilaj cu productivitate înaltă pentru confectionarea

modelelor strat cu strat. Sistema de transmitere, ce dirijeazşă cu mişcarea laserului pe axale X-Y,

precum şi noul algoritm permite micşorarea timpului de creare a piesei cu 30%. Partea electro

mecanică, e confecţionată conform standardelor construcţiei de maşini, si mecanismul de control

foarte eficient, considerabil măreşte siguranţa sistemei. Datorită simplităţii proceselor de reglare

şi înbunataţirea mecanismului de transmitere a materialului, instalaţiile sunt sinmple in folosire şi

eficiente in lucru. In fig. 16 sunt prezentate sistemele LOM.

Fig. 16. Instalaţiile LOM. Din stinga LOM-2300H, din dreapta LOM-1015plus

24

Precizia de fabricare

Datele sunt prezentate in tabelul 5, ne arată ca firma Helisys, care produce utilajul LOM, si

compania Kinergy, care produce utilajul Zippy, au ajuns la obţinerea modelelor cu o precizi

foarte ridicata. Datorita acestului fapt prototipele, obţinute prin intermediul tehnologiilor LOM

pot fi folosite la controlul compatibilităţii pieselor.

Tabela 5.

1.2.3 Tehnologiile FDM

FDM (FDM - Fused Deposition Modeling) – procesul de depunere strat cu strat a firului

polimerului lichid. Sistema FDM permite implemintarea conceptul produsului în piesa reala, de a

verifica prototipul, forma şi dimensiunile lui şi chear modelarea principiului de lucru a

produsului, fară surplusul cheltuielilor de material şi de timp.

Prin intermediul tehnologiilor FDM pot fi create obiectele 3D conform modelelor reale

sau odţinute în sistemele CAD. Materialul termoplastic de modelare în forma firului subţire cu

diametru 1,78 mm, este transmis spre mecanismul de extrudare cu termoregulator, unde este

incălzit pina la stare semilichidă. Mecanismul cu jet amplasează materialul cu un strat subtire pe

platforma rigidă, formind la o trecere stratul finit a piesei. Stratul urmator se amplaseaza pe cele

anterioare, se solidifică, se fixează intre ele (fig. 17).

25

Fig. 17. Schema procesului FDM

Procesul începe cu proiectarea conceptuală a modelului geometric in sistema CAD,

procesul de obţinere a protitipului cu ajutorul softurilor QuickSlice firmei Stratasys, care în

decurs de cîteva minute prelucreaza stl-files, trece modelul conceptual în sraturi, divizate

orizontal. In caz de necesitate prin intermediul programei SupportWorks automat sunt create

elementele de suport.

26

La confecţionatrea modelelor sunt folosite doua tipuri de materiale: primul pentru

cunfecţionarea modelului, al doilea pentru confecţionarea suportului. Elementele de suport usor

se înlătură lasînd suprafata piesei netedă.

Traiectoria de trecere a mecanismului e preluată de comenzele operatorului prin activarea

butoanelor respective, datele în versiune electronică sunt introduse în mecanismul FDM.

Mecanismul pemite trecerea pe axele X,Y,Z, la o trecere se formeaza un strat a modelului.

Prototipele obţinute prin metoda dată se supun usor prelucrarii anterioare.

Avantajul metodei date constă în folosirea a unei game largi de materiale, permite

alegerea de catre consulator a materialului care cel mai bine corespunde cu cerinţele modelului

executat. Mai mult ca atît în timpul de executare a modelului, materialul poate fi schimbat.

Instalarea sistemei FDM este foarte simpla, trebuie doar de conectat la priză. Sistemul

poate fi folosit în orice spaţiu de birou, deoarece nu necesită condiţii speciale de muncă

(ventilaţie, de infrastructură suplimentare sau permisiunea specială). Totul vine ca o soluţie

completă care permite echipelor de proiectare de a proiecta rapid, testa şi a fabrica produsele.

Sistema FDM are un design modular care permite utilizatorilor de a mari capacitatea

sistemului,odata cu cresterea compixitaţii prototipelor fabricate. Sistemul de bază a oricărui

model include toate componentele necesare pentru fabricarea de modele şi prototipuri de acelaşi

tip de material (de obicei din plastic ABS). Există module suplimentare pentru a extinde

funcţionalitatea sistemului, prin utilizarea altor tipuri de materiale de modelare - turnare ceară,

ABS-medicale din plastic, poliester (polyester).

Dezvoltator a tehnologiei FDM şi producătorul echipamentului este deţinută de Stratasys.

Stratasys Compania a fost fondată în 1988 şi este unul dintre primii producatori de prototipuri. În

instalaţiile FDM 1000/1500/1600 sistematic mareşte dimensiunea camerei de crestere, ceea ce a

făcut posibilă producerea de modele şi prototipuri de dimensiuni mai mari. O instalaţie nouă

FDM Quantum (fig. 18a), reprezentată de Stratasys, are o cameră, care permite producerea

prototipilor de cea mai mare dimensiune.

27

a) b) c)

Fig. 18. Instalaţiile FDM: а). FDM Quantum, b). FDM 2000, c). FDM 3000

Apariţia unei noi instalaţii FDM Quantum a deschis noi posibilităţi în fabricarea de

modele şi prototipuri. Această instalaţie permite rapid şi cu precizie inaltă de a crea un model

funcţional de mari dimensiuni.

Rata de construire a modelului-prototip şi usurinta de utilizare a instalatiei FDM

Quantum permite fabricaţia modelui-prototip în timp de citeva ore (în funcţie de mărimea

piesei).

Rigiditatea şi durabilitatea modelelor produse de instalatia FDM Quantum din ABS-

plastic, pot fi asamblate si testate pentru a verifica funcţionalitatea lor. Modelele păstrează

parametrii lor geometrice pe termen nelimitat, indiferent de umiditate, de prezenţa sau absenţa a

radiării ultraviolete sau magnetice şi poate rezista la temperatura până la 150° C. Precizia de

obţinere a prototipelor este de ± 0,127 mm.

Aplicarea tehnologiei Waterworks noi, care permite utilizarea materialului de sprijin,

oferă posibilităţi nelimitate de a construi piese cu geometrie complexă interne şi externe.

Aplicarea tehnologiilor ecologice si materiale pentru fabricarea modelelor, prototipuri,

evită timp şi bani pentru a crea condiţii speciale de funcţionare a instalaţiei FDM Quantum şi se

pune în imediata apropiere de locul de muncă a proiectantilor.

Aşa cum arată tabelul 6 principalele caracteristici ale echipamentelor de la Stratasys.

28

Tabelul 6.

Tehnologiile şi echipamentul Stratasys utilizează următoarele companii: DaimlerChrysler, Hewlett-Packard, Mercedes Benz St., General Motors, Ford, Kodak, Boeing, Motorola, Xerox, Rowenta, Lockheed Martin şi altele.

Precizia de fabricare

Prototipele, realizate prin tehnologa FDM, au rezistenţă suficientă pentru a evalua forma piese şi

pentru a asambla produsul. Se impune, de asemenea fabricaţia de înaltă precizie.

Analizând tabelul de mai jos 7, putem spune că cea mai mare precizie o au sistemele -

FDM Quantum lansate recent pe piata. Precizia axelor X şi Y este de 0.01 mm. Modelele

produse cu precizie data, ar putea fi folosite ca modele de turnare, cum ar fi de turnare sub vid

pentru volumele de producţie mici şi mijlocii. Fig. 19 sunt exemple de profile complexe, create

cu ajutorul FDM tehnologie.

Tabelul 7.

29

Fig. 19 Configuraţii complicate a pieselor obţinute prin intermediul tehnologiilor FDM.

1.3 Imprimarea 3D (3D Printers)

In marea majoritate instalaţiile de prototipare rapida sunt complicate şi costisitoare.

Întreprinderile mici nu îşi pot permite să le cumpere. Aşa că au cumpărat propriile modele la

firmele care se specializează în aceste tehnologii sau servicii pentru realizarea prototipelor.

Unele companii mari cumpara una sau două RP-set, care sunt utilizate pentru diferite servicii,

ceea ce duce la întârzieri în producţia modelelor. Pentru mulţi profesionişti care se ocupă cu

proiecarea de concepţie şi trebuie doar să se uite la detaliu, şi apoi continuă să il dezvolte, un

factor foarte important este obţinerea rapidă, ieftina ale unui viitor produs . (vezi fig.20).

Pentru o treime din piaţa RP, care necesită prototipuri pentru evaluare vizuală, sa început

producerea numita "Imprimante de obiecte solide" (Three Dimentional Printer - 3D Printer) –

sisteme, care construiesc modele fizice prin mişcarea a materialului de la unul sau mai multe

capete cu jet, ca la o imprimantă obişnuită.

30

Fig. 20 Exemple a prototipelor, obtinute cu printarea 3D.

Ca şi în cazul utilajului RP traditional, 3D imprimante produc modele fizice pe baza unei

CAD-model, folosind tehnologia modelarii prin jet si tehnologia pentru a construi părţi de praf,

care se intareste prin mijloace de liant, pe bază de apă (Fig. 21).

31

Fig. 21. Tehnologia de formare a piesei prin imprimarea 3D.

În mod obişnuit, 3D imprimante nu oferă o mai mare precizie şi durabilitate a prototipului

terminat, dar proprietăţi mecanice ale acestor prototipuri sunt suficiente pentru a face proiectarea

şi dezvoltarea produselor (Fig. 20).

Costul acestor unităţi variază de 35000 la 50000 de dolari, în timp ce preţul sistemelor RP

tradiţionale incepe cu 65000 de dolari şi ajunge la 800000 de dolari. (vezi fig. 22). Costul de

prototipuri fabricate pe 3D imprimante variaza de la 15 la 35 de dolari.

Fig. 22 Imaginea frontală a parţii de formare, imprimanta 3D.

32

Imprimante 3D sunt mai accesibile, precum şi plasarea lor nu necesita echipament special

şi facilităţi, ele pot fi amplasate la birou, la locul de muncă a proiectantului. De asemenea, 3D

imprimante nu folosesc materiale periculoase sau procese.

Zona medie de formare pentru imprimantă 3D este un cub cu laturi 203 mm.

Luam în considerare 3D-imprimante de la 3D Systems, Stratasys şi Z Corporation cele mai

simple ca proces "cu jet ", volum de imprimare – aşa numit Fused Deposition Modeling (FDM).

Ideea FDM este foarte simpla - capul distribuitor împinge pe o platformă de răcit

picăturile încălzite a termoplasticului (ca material poate fi folosit practic orice termoplastic

industrial). Picaturile repede se solidifica şi se lipesc între ele, formând straturile viitorului obiect

(imprimarea de asemenea, este în straturi). Procesul tehnologic FDM permite cu o înaltă

precizie (cu o grosime minimă de 0,12 mm) a produce piese finite si gata pentru explotare cu

gabarite destul de mari (până la 600 x 600 x 500 mm).

Bazele acestei tehnologii au fost dezvoltate în 1988, Scott Crump.

1.3.1 Imprimante Genisys.

Această imprimantă produce detalii cu o duritate relativ inaltă, folosind o varietate de

tehnologii FDM (sudare Fused Deposition Modeling). Acest proces implică încălzirea

materialului termoplastic la temperatura de topire şi extrudarea, pentru formarea pieselor.

Genisys permite amplasarea mai multor piese, una peste alta, sau desfăşurarea simultană a mai

multor piese, în spaţiul de lucru. Acest lucru este util în fabricarea a mai multor detalii în acelaşi

timp. Programa - AutoGen - corespunzător poziţionează modelul 3D, divizeaza modelul pe

straturi, formează sprijinul (dacă este necesar) şi începe a face o operaţie simplă "point and click"

- "indicati şi faceţi clic pe mause".

Mărime piesei de format: 305X203X203 mm.

Viteza de producţie: 101 mm / sec.

Grosimea stratului (0.36 mm).

Precizie de fabricare 0.356 mm.

Costul de aproximativ 55000 dolari SUA.

Fig. 23 E prezentată piesa obţinută pe imprimanta FDM pe fondalul acesteia.

33

Fig. 23 Obiect executat la imprimanta FDM.

Tabelul 7.8. Prezintă caracteristicile tehnice ale instalaţiilor prototiparii rapide companiei

Stratasys, Inc.

Tabelul 8.

34

1.3.2 Inprimantele Z Corporation

Şi totuşi o altă tehnologie, de imprimare cu jet, dar cu utilizarea materialelor de praf.

Acesta a fost dezvoltata în celebrul Massachusetts Institute of Technology. Imprimantele sale 3D

sunt mult mai repede decât dispozitivele descrise de mai sus. Această imprimantă poate utiliza

un adeziv lichid cu adaos de coloranţi pentru pigment - ceea ce înseamnă că modelul de

imprimare e color. Imprimanta colora de la Z Corporation sunt inzestrate cu 4 devizoare cu jet de

cerneala-clei a principalelor culori, astfel ca modelul care rezultă poate reproduce nu doar

forma ,dar de asemenea culoarea (de exemplu, textura) a prototipului modelului virtual.

Companiile ce folosesc imprimantele de la Z Corporation: Ford, Benteler, F1 Racing, Porsche,

Lockheed Martin, Mitre, Adidas, Nike, Black & Decker, Robert Bosch şi altele.

In figura 24. este prezentata principiul de lucru a imprimantei 3D.

Fig. 24. Principium de functionare a imprimantei 3D

Imprimanta are 2 camere: camera de aprovizionare şi camera, în care se formiază

modelul. Înainte de lucru a imprimantei operatorul deserveste cu pulbere, camera de

aprovizionare, pistonul carea este coborât complet în jos. Pistonul camerei doi în acest moment

este ridicat pîna la urma. După care se execută comanda specială care în mod automat adaugă

câteva straturi de pulbere din camera de aprovizionare într-o zonă de imprimare şi egalizeaza

nivelurile de pulbere în ambele camere. Acum, imprimanta 3D este gata să lucreze.

Într-un ciclu de imprimare se formiaza o secţiune a modelului (divizarea modelului in

secţiuni transversale se face automat de către softul ZPrint ). Secţiune transversală este tipărită în

acelaşi mod ca şi la imprimantă cu jet, cu singură diferenţă, în loc de hârtie - un strat subtire de

praf, dar în loc de cerneală - un liant. După ce secţiunea este tipărită, transportul se mută într-o

zonă de aprovizionare, modelul cu pistonul se deplaseaza in jos pe o distant egala cu grosimea

35

unui strat iar, pulberea de alimentare prin intermediul pistonului se ridic la grosimea unui strat.

După aceasta rola transportorului, care se deplasează înapoi, adaugind un alt strat de praf în zonă

de imprimare, şi ciclul se repeta.

La sfârşit modelul imprimat este extras din pulbere (în locuri în care liantul nu a fost

aplicat, a rămas pulbere), este amplasat într-o unitate specială pentru a elimina praful rezidual de

pe model (mecanism pentru a elimina pulbere).

Proprietar al metodei date este Z Corporation care lucreaza cu modelele 3D în formate, STL,

VRML şi PLY. Softurile ZPrint permite vizualizarea caracteristicilor modelelor 3D, de a

amplasa text pe modele şi de a pune scara produsului. Compatibil cu Windows 2000 Professional

şi Windows XP Professional.

Modele din gips sunt obţinute cu o duritare nu înaltă, dar în schimb pot fi folosite ca

forme de turnare. Piesele tipărite pot fi prelucrate cu răşină epoxidică Z-Max pentru o creştere

substanţială a duritatii lor, rezistenţa la căldură şi rezistenţă la umezeală. Duritatea sporită a

piesei permite prelucrarea lor pe masinile unelte. In acest fel, ei pot lucra împreună cu piese

industriale. În ceea ce priveşte granularitatea, este suficient să privim fotografiile pentru a

aprecia. (Fig. 25.)

Având în vedere că imprimanta are dimensiunile de gabarit mici şi greutate, şi nu

utilizarea materialele periculoase, acesta poate fi instalat direct la locul de muncă a

proiectanţilor, ca o imprimantă obişnuită şi dacă este necesar, pot fi livrate rapid catre orice

destinaţie.

Fig. 25. Piese executate la imprimanta 3D.

36

Imprimanta Z 402 (ZCorporation) (fig. 26) În acest proces, maşina răspîndeşte un strat

de praf pe suprafaţa cu capacitatea de lucru. Ca un material de constructie se foloseste amidon şi

pulbere de celuloză speciale. Lichidul de prindere este pe bază de apă, este adus de divizorul cu

jet, leagă particulele de praf, care formează conturul unei secţiuni a piesei. Apoi, suprafata de

lucru coboară cu grosimea de un singur strat pe întreg volum al suprafeţii, inclusiv şi stratul

precedent, răspândirea unui nou strat de mecanismul de injecţie schiţează conturul secţiunei

următoare, etc. După constructia piesei surplusul de pulbere este eliminat. Pentru a mări duritatea

modelului spaţiile goale pot fi umplute cu ceară lichidă .Viteza este principala diferenţă pentru

această imprimantă. Ea produce modele de cel puţin 10 ori mai repede decât cele mai rapide

sisteme concurente. Detaliu pot fi făcute în perioada de timp de la câteva minute la citeva ore.

Gabaritele piesei formate: 203h254h203 mm.,

Greutatea: 136 kg.

Fig. 26. Constructia imprimantei Z402

ZPrinter 310 Plus (fig. 27.). Sistema ZPrinter 310 Plus creează modele fizice direct de

la date digitale în citeva ore, nu zile. Sistema e rapidă, universală şi simplă, le oferă inginerilor

capacitatea de a forma rapid si eftin modelul concept şi să efectueze teste funcţionale a piesei.

Viteza de printare: 2-4 straturi în minut.

Gabaritele piesei formate: 203 x 254 x 203 mm.

Grosimea stratului: e selectata de utilizator în timpul imprimării, 0.089-0.203 mm.

37

Materialele folosite: de înaltă calitate materiale compozite, materiale de cauciuc,

materiale plastice, materiale pentru turnare continuă şi turnare dupa modelele formate.

Marilea de gabarit a utilajului: 74 x 81 x 109 cm.

Costul 33400 de dolari

Fig. 27. Construcţia imprimantei ZPrinter 310 Plus

Imprimanta ZPrinter 510 System (fig. 28.)

O mai bună tehnologie de imprimare face posibilă crearea de componente cu proprietăţi în mod

clar definite de mare precizie. Această ocazie unică a imprimantei 3D cu 24-bit color oferă o

varietate de modele.

Viteza de printare: 2 straturi pe minut.

Dimensiunea piesei formate: 254 x 356 x 203 mm.

Grosimea stratului: e selectată de utilizator în timpul imprimării, 0.089-0.203 mm.

Materialele folosite: de înaltă calitate materiale compozite, materiale pentru turnare continuă.

Rezolutia: 600 x 540 dpi.

Dimensiunile de gabarit a utilajului 107 x 79 x 127 cm.

Greutate utilajului 204 kg.

38

Fig. 28. Imaginea imprimantei ZPrinter 510 System

Imprimanta ZPrinter 810 System (fig. 29.)

O mai bună tehnologie de imprimare face posibilă crearea de componente cu proprietăţi

în mod clar definite de mare precizie. Această ocazie unică a imprimantei 3D cu 24-bit color

oferă o varietate de modele.

Viteza de printare: 2 straturi pe minut.

Dimensiuna piesei formate: 500 x 600 x 400 mm.

Grosimea stratului: e selectata de utilizator în timpul imprimării, 0.089-0.203 mm.

Materialele folosite: de înaltă calitate materiale compozite, materiale pentru turnare continuă si

turnarea dupa modelele formate.

Rezolutia: 600 x 540 dpi.

Dimensiunile de gabarit a utilajului 241 x 114 x 193 cm.

Greutate utilajului 565 kg.

39

Fig. 29. Vederea genarala a imprimantei ZPrinter 810 System,

exemple de modele create cu ia.

Imprimanta Objet Geometries Ltd (Israel) (fig. 30.). Acest dispozitiv cu construcţia

relativ simpă şi ieftină, asigură producţia prototipelor, comparabile în calitate cu modelele

stereolitografice.

Instalarea Quadra Objet este mai puţin solicitată de spaţiu şi de personal calificat.

Ca şi în stereolitografie, modelul creste de la o lumina speciala, din plastic, dar

iluminarea este produsă cu lămpile cu raze ultraviolete, iar elementele de suport, sunt formate

dintr-un material diferit de cel de bază, care asigură uşurinţa de îndepărtare. Instalatia este

conectat la o reţea locală prin intermediul careia sunt transferate datele din CAD-program.

Principiul de funcţionare al imprimantei Objet Quadra consta: corpul modelului fizic

este imprimata conform modelului 3D proiectat in CAD, mecanismul cu jet, ce conţine 1536

(vezi Fig. 31) duze, în timp ce corpul principal al modelului este tipărit cu materialul de baza, iar

elementul de sprijin ( "Suport" ) -cu altul, mai puţin dur şi mai friabil. Ambele materiale se

solidifică prin lămpi cu raze ultraviolete. După fiecare strat de imprimare de pe masa de lucru, pe

care este crescut modelul, coboara la grosimea stratului. La finalizare elementele de sprijin sunt

spălate de către jet de apă.

40

Fig. 30. Vederea generala a imprimantei Objet Geometries si exemple de

modele obtinute cu ia.

Fig. 31. Schema de functionare a imprimantei Objet Geometries

Принтер Eden250™. (fig. 32) Gabaritele piesei formate: 250x250x200mm

Rezolutia: X:600 dpi: 42 mkm,

Y:300 dpi: 84 mkm, Z: 1600 dpi: 16 mkm,

Grosimia peretelui 0,6 mm,

Gabaritele utilajului 870x740x1200mm,

Greutatea utilajului 280 kg,

Tipul datelor iniţiale STL, SLC.

41

Fig. 32. Imprimanta Eden250™

Принтер Eden330™. (fig. 33) Gabaritele piesei formate: 340x330x200mm

Rezoluţia: X:600 dpi: 42 mkm,

Y:300 dpi: 84 mkm, Z: 1600 dpi: 16 mkm,

Grosimia peretelui 0,6 mm,

Gabaritele utilajului 1320x990x1200mm,

Greutatea utilajului 400 kg,

Tipul datelor iniţiale STL, SLC.

Fig. 33. Imprimanta Eden303™.

42

3D Systems Tehnologia de creare a modelului: pe platforma cu avans este aplicat,

fotopolimer lichid VisiJet HR M100 prin despozitiv de injectare, situat în partea de sus al

camerei de lucru. Fiecare strat este nivelat şi compactat printr-o rola fierbinte la o grosime de 25

de microni, şi apoi se polimerizeaza (solidifica),prin lampă cu raze ultraviolete.

Imprimanta InVision™ HR. (fig. 34.) InVision™ HR- accesibile, fiabile, uşor in utilizare

imprimanta de modelare 3D de înaltă rezoluţie (HR) este un concept special pentru producerea

rapidă a unor modele de cea mai mare precizie.

Viteza de crestere 2,5 mm,

Rezolutia: 656x656x800 puncte intr-un inci,

Y:300 dpi: 84 mkm, Z: 1600 dpi: 16 mkm,

Grosimia peretelui 0,6 mm,

Gabaritele utilajului 770x1240x1470mm,

Greutatea utilajului 254 kg,

Zona de lucru 127x178x50 (xyz)

Materialul: Culoarea albastra a materialului VisiJet HR M100 vă permite de a evalua cu

exactitate calitatii suprafţii modelului. Temperatura de topire a materialului de 90° C. Modelul

finit poate fi amplasata într-o substanţă lichidă de cauciuc sau imediat solidificată. Materialul

suport - VisiJet S100 – ceară alba. Punctul de topire de 70 ° C - pot fi îndepărtate cu uşurinţă

chiar şi sub apă fierbinte.

Fig. 34. Imprimanta InVision™ HR

43

1.3.3 Actua 2100 (3D Systems)

Acestă sistemă a fost lansată de către 3D Systems în 1996. Pentru prelucrarea unui

material special, termopolimer, din care este obţinut prototipul, această maşină utilizează

tehnologie cu jet, sau modelarea multi-jet.

Materialul este similar cu ceara. Este suprapus strat pe strat, a cărui grosime este de 0.04

mm, cu o rezoluţie de 300 puncte pe inci. Costul instalaţiei aproximativ 65000 de dolari.

În martie 1999, compania 3D Systems a introdus pe piaţă sistema Actua 2100 -

ThermoJet. Aceasta funcţionează pe acelaşi principiu ca Actua 2100, doar de 3 ori mai repede.

ThermoJet are 352 duze (pentru comparaţie, sistema Actua 2100 are numai 96). Tehnologia de

producere a prototipelor folosind ThermoJet similar cu principiul de imprimare convenţional.

Dirijată de computer macanismul de imprimare, stoarce din duze plastic topit şi construieşte,

astfel încât modelul exact 3D. Materialul utilizat - este termopolimer pe bază de ceară, care are

un punct de topire egal cu 90° C şi la temperatura camerei se solidifica.

Cu ajutorul instalatiei ThermoJet pot fi produse prototipuri cu dimensiunea 250x190x200

mm, cu o grosime a stratului de 0,04 mm. Rezoluţiea imprimantei este de 400 puncte pe inci în

direcţia X, 300 - în direcţia Y.

ThermoJet permite proiectanţilor simplu, rapid şi cu costuri minime de a produce un

model conceptual. După ce proiectantul a terminat de proiectat în sistema CAD, acesta trimite

datele prin intermediul unei reţele de calculator catre ThermoJet. Într-un timp scurt este produs

prutotipul.

1.4 Practice de aplicare a tehnologii RP.

Tehnologiile prototiparii ratide au oferit noi posibilităţi de dezvoltare a producerei. Pe

parcursul ultimilor ani s-au înregistrat modificări semnificative în tehnologiile noi, care au

influenţat, modul în care industria ar putea folosi aceste tehnologii în turnarea de precizie în

modelele obtinute pentru producerea rapidă a pieselor funcţionale metalice şi ca un pas cheie în

fabricarea rapidă a sculelor.

Încă la un stadiu incipient de dezvoltare a stereolitografiei a devenit clar că această

tehnologie revoluţionară poate găsi diverse aplicaţii în procesele industriale. În etapa de

proiectare prezenta modelului fizic 3D foarte mult usureaza aprecierea corectitudinii modelului,

dar şi simplifică procesul de comunicare între membrii echipei care lucrează la proiect.

44

Înainte obiecte stereolitografice create din materiale fotopolimerice în caracteristicile lor

fizice şi mecanice nu corespundeau cu materiale industriale. În consecinţă, deşi aceste modele şi

permiteau de a controla dimensiunea şi geometria, de a testa şi optimiza constructia, dar

posibilitatea de a testa funcţional prototipul au fost limitate.

În această privinţă, cu câţiva ani în urmă, mulţi utilizatori a tehnologiei stereolitografice a

început să caute modalităţi de a elimina aceste restricţii.

1.4.1. QuickCast. Turnarea dupa modelele stereolitografice.

Pentru fabricarea pieselor metalice 3D Systems a dezvoltat un nou stil de modelare,

numit QuickCast, elimină necesitatea de folosire a mecanismelor costisitoare (vezi Fig. 40).

Stilul de construcţie QuickCast este de a crea o structură internă deschisă cu zăbrele

compuse din mai multe partiţii conexe. Structura cu zăbrele interne este acoperita cu o coajă

subţire, care nu va penetra ceramica lichid, structură care permite să se prăbuşească fără a

distruge forma modelului în timpul arderei modelului . Modelul Stereolitografic este utilizat în

asociere cu sistema standard de suprimare a fasciculului, executata din ceara de turnare. După

producerea statului de contur sistela de suprimare cu ceara se topeste la etapa iniţial de recoacere

a formei, care nu distruge modelul stereolitografic.

Recoacerea stratului de contur se face la o temperatură de aproximativ 900 ° C. În timpul

acestei operaţii piesa stereolitografica se inmoaie şi apoi se arde, lăsând aproximativ 0,003%

cenuşă reziduală. Apoi cenuşă este eliminat cu aer comprimat şi ambalajul ceramic este gata

pentru turnarea metalelor. În procesul de ardere structura tubulara a modelului se prabuseste spre

interior, ce scade probabilitatea de rupere a ambalajului ceramic.

Metalul este turnat în ambalajul de ceramică şi răcită. Apoi ambalajul este distrus, de

obicei se termină cu stripare, sablare, frezare, etc. Rezultatul final - turnarea exacta, creat pe baza

modelul produs prin tehnologia stereolitografica, ocolind echipamente tradiţionale scump

tehnologice.

45

Fig. 40 Trocesul tehnologic de turnare în modelele-forme obţinute stereolitografic

Avantajele principale ale acestui proces:

-posibilitatea turnarii de precizie a metalului în modele stereolitografice obţinuta fără nici un

echipament;

-economii de timp semnificative (fără etapele de formate a echipamentului);

-economii semnificative (excluzând costul de fabricaţie a echipamentelor);

-posibilitatea de a testa funcţional modelele turnate din materialul necesar;

-apariţia rapidă a noilor produse pe piaţă oferă întreprinderilor un avantaj competitiv;

-posibilitatea de a fabrica serii mici a pieselor metalice.

1.4.2 Turnare în forme de silicon flexibile în vid

Turnarea în vid în forme flexibile - este procesul de obţinere a prototipurilui din plastic şi

ceară a pieselor de orice complexitate şi dimensiune fără a face echipament standard.

Folosirea unei game largi de materiale, piesele turnate pote fi elastice, rigide, rezistente la

căldură, transparente sau de diverse culori.

Principiul de fabricare a pieselor prin tehnologia de turnare în formele flexibile consta în

copia absolut exacte a modelului. Forma se face prin turnarea siliconului ce se solidifica în jurul

modelului. Modelul este eliminat din forma de silicon, după despartirea formei pe planului de

separare.

46

Pe urma forma de silicon se poate umple cu oricare dintre gama largă de răşini poliuretan

cu doua componente. Răşină de turnat se amesteca în camera de vid , controlata de calculator, şi

în mod automat este turnata în forma de silicon.

Capacitatea de a efectua forme complexe, pentru cele mai mici detalii cu o oricare textura

de suprafaţă şi culoare prevăd răşină de turnare în vid, de diferita duritate si rezistenta la caldura,

ceea ce permite de a simula majoritatea materialelor plastice, cauciuc şi sticlă folosite în

producerea modernă.

Tehnologia de turnare în forme de silicon în vid permite:

-de a verifica compatibilitatea si functionarea constructiei;

-de analiza disignul a produsului;

-a face un lot de prototipuri în termen de câteva ore după producerea formei de silicon;

-desfăşura activităţi de cercetare de piaţă.

Principalele avantaje ale aplicării:

-suprafeţe complexe, detalii fine şi orice textura este reprodusa de catre forma de silicon

flexibila;

-prototipile pot fi gata în câteva zile;

-pot fi utilizate diverse materiale pentru a obţine copii şi de a evalua proiectarea lor şi

caracteristicile consumatorilor pentru producerea in serie;

-producţia de înaltă precizie permite de a evalua în mod realist colectare şi performanţa

ale produselor complexe şi in caz de necesitatea de a pune în aplicare rapid îmbunătăţirile

adecvate;

-Opţiuni de diferite culori pentru probele obţinute, executate într-o formă care permite de

a defini aspectul exterior al produsului.

În ciuda avantajelor de mai sus a tehnologiei de turnare în vid, ei sunt inerente

dezavantajele.

Cu forma de silicon se poate produce doar un număr limitat de piese. Într-un formular

poate fi turnat până la 20 de prototipuri a piesei care nu au elemente cu pereţi subţiri. Cu toate

acestea, pentru mai multe piese cu geometria complexă cu elemente ascuţite într-o formă poate fi

turnat un maximum de 10 exemplare.

47

Forma de silicon este executata in timp foarte scurt - aproximativ şase ore de la primirea

modelului stereolitografic. Cu toate acestea, pentru a obţine copia de poliuretan este necesar de

mult mai mult timp. De obicei, pe zi pot fi produse 4-8 piese. Nici o problemă, dacă dorim doar

câteva prototipuri.

Cu toate acestea, dacă avem nevoie de a obtine 50-100 prototipuri pentru testarea cu

distrugerea a probelor sau pentru a studia piaţă, de si producerea de mai multe forme va necesita

o perioadă scurta de timp, dar pentru a obţine copiile va fi nevoie de câteva săptămâni.

1.4.3. Utilaj intermediare

În cazul, când este necesar 20-100 de prototipuri şi ca acestea sa fie turnate sub presiune

din material plastic industrial, nu se potriveste echipamentul plastic. În acelaşi timp, în fabricarea

de câteva sute sau câteva mii de piese, este imposibil de a recupera costurile de completare a

echipamentului cu oţel. Această problemă poate fi rezolvată prin aşa-numite "echipamente

intermediare", care este utilizat în cazurile în care inzestrarea a echipamentelor in serie din punct

de vedere economic e neavantajoasa, iar echipamentul elastic nu permite fabricarea piesei, care

dupa caracteristici sunt similare cu componente fabricate prin turnarea plasticului sub presiune.

Compania 3D Sisteme şi alte firme au lucrat intens la crearea de echipamente

intermediare. Una din modalităţile cele mai eficiente - turnarea în forme sub presiune, construite

direct din polimer stereolitografic.

La fabricarea piesei prin această metodă sunt unele particularităţi.

Se atrage atenţia asupra timpului ciclului atunci când se utilizează utilitajul de

completare. Este important să nu încercam prea repede operaţie de stripare. Experienţa a

demonstrat că distrugerea de forme, din polimer, nu este în procesul de turnare, dar in procesul

de stripare. Prin urmare, un ciclu mai lung de racier pentru a permite o mica aderenţa a

umpluturii de plastic fata de utilajul de completare.

Un alt punct este utilizarea antiadeziv pentru forme. Antiadezivul este aplicat pe forma de

construire a suprafeţei înainte de fiecare ciclu de injecţie / extracţie. Fără acesta, suprafata

turnata va adera de forma, extragerea modelului poate cauza fisuri si rupturi. Mai târziu, la

turnare produsele vor reproduce defectele pe sutrafata lor.

Al treilea punct cheie - necesitatea pantei de turnatre. Chiar si pentru utilajul suplimentar

de turnare necesită o deviere de aproximativ 0,5-1° pentru a extrage detaliile. În cazul în care

forma este fabricata din otel, va fi deteriorate partea turnata, în cazul în care forma este fabricat

din polimeri stereolitografic, acesta va fi distrusă.

48

Principalul avantaj al acestei metode de a face forma este că puansonul şi matricea se fac

direct la instalaţia stereolitografica. Prin urmare, niciun proces ajutator, cu excepţia de curatare a

piesei stereolitografice, eliminarea elementelor de sprijin, sablare şi lustruire, nu este necesar.

Dar există dezavantaje.

Conductivitatea termică a polimerului stereolitografic solidificat este de aproximativ 300

de ori mai mică decât la instrumentele standard din oţel, care reduce semnificativ rata de transfer

a căldurii de la piesele din plastic pentru elementele suport. Prin urmare, ciclul recomandată este

de 4-5 minute, spre deosebire de ciclul standard de 5-15 sec pentru turnarea sub presiune

folosind elementele de suport din oţel.

Pentru a construi o forma mai mare la instalaţia stereolitografică pot necesita 30-40 de

ore, acest timp este mic în comparaţie cu lunele necesare pentru fabricarea echipamentului

traditionl.

Formele stereolitografice au rezistenţă mecanică scăzută, în special la temperaturi

ridicate de la turnare. Aşa cum am menţionat mai devreme, deteriorarea echipamentelor dese ori

se produce atunci când executam operaţia de stripare, în special în cazul în care este redus timpul

ciclului, cind nu este drept indicat unghiul de turnare, nu sunt destul lustruite suprafeţele de

formare sau, dacă nu este utilizarea eficienta a antiadeziv pentru formele de presare.

Suprafaţă echipamentului are o duritate relativ scăzut şi rezestenţă scăzută. Dacă avem

nevoie de a face 30-100 bucăţi de piese din mase plastice, fără de umplere, nu contează, dar

pentru o serie de la 200 la 1000 pise rezistenţa echipamentului poate fi insuficientă din cauza

fracturării suprafetii formei.

În figura 41 este ilustat una dintre soluţiile la aceste probleme. În acest caz, în loc de a

construi monolit al formei, pe instaleţia stereolitografică se creaza un albalaj relativ subţire. Cu

cît peretele este mai subţire, cu atit mai puţin timp dutrează constructia şi mai mare rata de

transfer a caldurii. Cu toate acestea, în cazul în care ambalajul este prea subtire, acesta poate fi

uşor deteriorat în procesul de fabricare a formei de presare. Grosimea optimă depinde de

proprietăţile mecanice ale polimerului utilizat, stabilitatea termică, precum şi geometria

suprafeţei modelate. După construirea ambalajelor, le curăţim, eliminând elemente de sprijin şi

pînă la solidificare cu radierea ultravioletă din partea de spate ele sunt supuse sub influienta

materialului special turnat - răşină epoxidică cu două componente si umplutura cu pulbere de

aluminiu.

49

Mai mult decât atât, imprimantele moderne 3D de la Z Corporation poate crea forme de turnare

folosind tehnologia de fermentare ZCast (Figura 42).

Fig. 41 Ambalajul puansonului, matricei obţinut prin metoda stereolitografica

Avantajele ambalajului stereolitografic:

-a crescut conductivitate termica;

-cost redus - costul de răşină epoxidică, cu umplutură de aluminiu este mai mic decât costul de

polimer.

Fig. 42. Modelele pieselor, formele de turnare executate de imprimantele 3D.

1.4.4 Tehnologia RP cu utilizarea benzilor de material

50

Producerea în masă, serie mare a piesemor din plastic, configuraţia matriţei rezistenţa ar

trebui să asigure producerea a mii de produse, care determină anticipat necesitatea de a folosi

forme de presare metalice din oţel de calitate înaltă. Problema este complicată de faptul că,

pentru a obţine produse de înaltă calitate este necesar de a asigura strictă şi uniformă răcirea

plasticului în formele de presare. Practic, aceasta înseamnă că canale de răcire ar trebui să repete

forma produselor fabricate, care nu poate fi realizat utilizând tehnologiile tradiţionale.

După cum se ştie, tehnologiele RP prin posibilitatea de-a creşte obiectus strat cu strat a

făcut posibil de a obţine orice formă şi dimensiune a suprafeţei, inclusiv cavitatea închisă. Cea

mai potrivită este tehnologia RP de utilizare a benzilor de material. În ciuda faptului că

instalaţiile industriale nu implică utilizarea benzilor de metal, ideea este pusă în aplicare în

industrie, în formă de individ, nu sunt direct legate în blocuri. Esenţa acestei tehnologii este,

după cum urmează: produs, în acest caz, forma de presare,se proiectiaza pe un computer, în timp

ce forma şi dimensiunile canalelor de răcire corespund calculelor teoretice, care garantează

calitatea superioară a produselor fabricate.

Ca urmare a proiectarii asistate de calculator, fiecare strat este produs de o instalaţie laser

din materialul bandă cu cerintele necesare. În caz particular, această operaţie poate fi efectuată

cu ajutorul tehnologiilor tradiţionale (de exemplu, frezare).

Confecţionată din straturi de foi de metal straturile formei de presare, se reunesc şi se comprima

folosind dispozitive speciale de fixare.

Pachetul comprimat de straturi de foi se sudeaza prin difuzie, dobândind natura monolit, şi

rezistentă înaltă.

Utilizarea tehnologiei nu necesită încălzirea materialelor plastice la temperaturi ridicate

în loc de sudare poate fi folosita lipirea. În unele cazuri, poate fi admisă fixarea mecanică, a

fisiilor într-o unitate, de exemplu, prin intermediul buloanelor. Dacă este necesar, unile suprafeţe

a produsului pot fi supuse prelucrarii mecanice tradiţionale.

Acest proces de creare a unui produs de la apariţia ideei pînă a porni producerea, este prezentat

schematic în figura 43.

După cum se ştie, metodele tradiţionale de obţinere a formelor de presare, în funcţie de

complexitatea construcţiei, necesita mai mult timp şi mai multe cheltuieli ca urmare întârzierea

lansării pe piaţă a produsului, de la apariţia ideei pînă a porni producerea necesită de un an sau

51

mai mult. Folosirea tehnologiele RP nu numai reduc semnificativ punct timpul de proiectare a

produsului, dar de asemenea, le ofera o calitate mai bună.

Datorită posibilităţii de a produce canale de răcire de orice formă şi traiectorie, procesul

de fabricaţie a produselor, în asemenea forme poate fi complet automatizat, dar mai important,

acesta oferă fiabilitatea de a obţine produse de înaltă calitate.

Exemplele de mai sus arată modul în care poate fi utilizată tehnologia prototiparii rapide.

Fig. 43. Schema procesului de creare a formei de presare

Bibliografia

1. Обзор технологий быстрого прототипирования автор: Зорин С.Ф.

52

2. Технологии быстрого прототипирования литейных деталей,к. Э. Н. Ипатова. А., к.

т. н. Зленко М. А. (гнц рф нами)

3. Технологии быстрого прототипирования и тиражирования, Артем Третьяков, к. т.

н. http://www.polymers-money.com/forum

Кулагин в.в. быстрое прототипирование и титановое литье в имплантологии

www.medlinks.ru

4. LASERFORM A6 STEEL MATERIAL for select SLS systems, www.3dsystems.com

5. Direct Metal Laser Sintering (DMLS-EOS), http://www.3axis.us/materials.asp#dmls

6. EOS StainlessSteel 17-4 for EOSINT M 270 (provisional data), www.eos.info.

Cristian Presurг, Fabrica de acasг, http://www.stiinta.info/ 7. 3D-принтер, Материал из Википедии — свободной энциклопедии,

http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=3D-%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B5%D1%80&action=edit&section=0

8. 3-D Printing, Now in Stainless Steel, http://www.popsci.com/diy/article/2009-08/3-d-

printing-now-stainless-steel

9. Modeling for 3D printing, http://www.shapeways.com/tutorials/things-to-keep-in-mind

53