Izrada alata za toplo oblikovanje 3D štampanjem

05.05.2017

Izrada alata 3D može znatno da smanji troškove i ubrza proces u proizvodnji manjih serija. 3D štampači omogućavaju izradu preciznih alata bez naknadne CNC obrade. Toplo oblikovanje je proces u se pomoću više proizvodnih metoda spojenih u jedan proces greje i oblikuje ploča ili folija ekstrudirane plastike

Proces je relativno jednostavan, a započinje zagrevanjem materijala da bi bio dovoljno savitljiv za sledeći korak u proizvodnji. Kada je materijal dovoljno zagrejan, ploča ili folija pritiska se alatima za oblikovanje proizvoda.

Dva najčešća postupka toplog oblikovanja su: vakuumsko toplo oblikovanje i oblikovanje pomoću pritiska vazduha. Kod vakuumskog toplog oblikovanja, ploča ili folija kroz rupe u alatu pomoću vakuuma oblaže alat i poprima njegov oblik. Kod oblikovanja pomoću pritiska vazduha, materijal se pod pritiskom vazduha koji se izduvava potiskuje na površinu alata i poprima njegov oblik.

Toplo oblikovanje se najčešće primenjuje kod izrade plastične ambalaže, ali to nije pravilo. Ovim procesom proizvode se i veliki predmeti. kao što su vrata frižidera i kade za masažu.

Za izradu prototipova ili gotovih proizvoda pogodni su svi pločasti ekstrudirani materijali debljine od 0,01 mm do 12,7 mm, zbog minimalnog uticaja na deformisanje alata. Vakuumsko toplo oblikovanje i izrada alata za proizvode većih dimenzija po ceni su prihvatljiviji od ostalih postupaka proizvodnje.

Alati za vakuumsko toplo oblikovanje najčešće su izrađeni od aluminijuma ili za manje serije od drveta. Bez obzira od kog materijala se izrađuje alat, za njegovu izradu je potrebno određeno vreme pripreme mašine za glodanje. Ako takva mašina nije dostupna u samom pogonu, alat se izrađuje kod spoljnih saradnika, što može da poveća cenu proizvoda i produži njegov dolazak na tržište.

Kako proces toplog oblikovanja ne zahteva ekstremne temperature i pritiske, proces 3D štampanja (ili aditivna proizvodnja) moguća je alternativa konvencionalnom načinu izrade alata. Treba naglasiti da životni vek alata nije isti kao kod alata izrađenih od aluminijuma, ali osobine PolyJet i FDM materijala pogodne su za izradu prototipova ili serija od 100 do 1000 komada.

3D štampanje alata otklanja vreme potrebno za pripremu mašinske obrade kao i sam rad CNC mašine. Pripremanje datoteke za štampanje je gotovo u nekoliko minuta, što omogućava da proces izrade alata započne odmah nakon što je alat konstruisan. Ovaj način izrade alata dopušta da se vakuumske rupe predvide prilikom konstruiranja samog alata, što u konačnici štedi vreme potrebno za naknadno bušenje rupa i smanjuje mogućnost eventualnog oštećenja alata. Prednost FDM tehnologije je mogućnost izrade poroznog alata, koji ubrzava prianjanje materijala za alat.

FDM i PolyJet alate za toplo oblikovanje najbolje je koristiti kada je potrebno sledeće:

- kada alat mora da bude glatke površine,
- kada je geometrija alata komplikovana,
- kada je kratko vreme isporuke proizvoda-

Prednosti korišćenja FDM i PolyJet alata za toplo oblikovanje:

- neposredna izrada rupa na alatu, čime se izbegava naknadno bušenje,
- veća brzina izrade i smanjeni troškovi,
- alati koji zahtevaju minimalnu završnu obradu (koja u nekim slučajevima nije potrebna),
- alati otporni na deformacije uzrokovane toplotom.

Proces proizvodnje:

- priprema alata za toplo oblikovanje: izrada alata neposredno iz CAD datoteke na FDM ili PolyJet sistemu, - zavisno od tehnologije 3D štampanja koja će se koristiti i komplikovanosti geometrije, alat je potrebno dodatno obraditi da bi se dobila zadovoljavajuća površina.
- postavljanje ploče materijala u mašinu i zagrevanje do savitljivosti,
- uduvavanje vazduha između alata i ploče materijala, kako bi se održala jednaka debljina stenke na ukupnoj površini proizvoda,
- prevlačenje materijala preko alata,
-. izrada gotovog proizvoda: vakuumiranje kroz veću poroznu površinu alata, kako bi materijal na čitavoj površini jednako čvrsto prianjao.

Primjena PolyJet alata

Alati izrađeni PolyJet tehnologijom 3D štampanja spremni su za uporabu neposredno nakon što su izrađeni. Kvaliteta površine alata može biti iznimno glatka i ne zahtjeva dodatnu obradu nakon 3D štampanja. Ovako precizna tehnologija 3D štampanja pogodna je za izradu ventilacijskih provrta na bilo kojem dijelu alata.

 Primjena FDM alata

Poroznost alata izrađenih FDM tehnologijom 3D štampanja može eliminirati naknadnu izradu ventilacijskih provrta. Optimiranjem unutrašnje strukture alata, znatne su uštede materijala i vremena tijekom izrade, a kvaliteta i dalje ostaje ista kao kod guste strukture printanog alata. Optimiranje pomaže i u slučajevima kada je alat kompleksne geometrije te je potrebno postići veću poroznost alata na dijelovima gdje su veća udubljenja. U tom slučaju konstruiše se alat koji je na udubljenim mestima porozniji, pa na taj način pločasti materijal jednako prianja na čitavoj površini alata, bez obzira na kompleksnost geometrije.

Stratasys ABS – M30 je materijal koji svojim tehničkim karakteristikama zadovoljava sve potrebne uslove za izradu alata za toplo oblikovanje. Za FDM tehnologiju 3D štampanja koriste se materijali od kojih se može izraditi alat za toplo oblikovanje pri višim temperaturama folija i ploča kao što su polikarbonat, HDPE i Kydex. Materijali koje koristi ova tehnologija aditivne proizvodnje otporni su na visoke temperature, što produžava trajanje alata. Takođe, povećana otpornost na visoke pritiske čini ih prikladnim za toplo oblikovanje debljih ploča materijala.

Izrada alata za toplo oblikovanje 3D štampanjem smanjuje troškove i skraćuje vreme izrade, što direktno utiče na samu proizvodnju. Osim toga, mašine ne zahtevaju posebne uslove za rad, što ih čini pogodnim za svaku kancelariju i omogućava vlastitu proizvodnju alata.

www.izit.hr