Výroba častí prototypových foriem s technológiou PolyJet

Návrh vstrekovacej formy, výroba tvarových vložiek alebo testovanie formy – to sú pre mnohých skúsených strojárov pojmy, s ktorými si veľmi ľahko poradia. Pre študenta Fakulty strojného inžinierstva VUT v Brne Víta Kaloda to bolo zadanie k jeho diplomovej práci, v ktorej si vzal všetky tieto body za svoje ciele a my sme boli pri tom, aby sme mu pomohli.

3d tisk funkcni prototyp

Ako prvý si navrhol vstrekovaný diel pre model krytky na senzor. Primárna časť práce bola konštrukcia vstrekovacej formy a potom nasledovala praktická výroba tvarových vložiek pre krytku na senzor. Skôr ako však študent začal so samotnou výrobou, urobil si prieskum toho, aké výrobné metódy sú možné v kombinácii s vhodnými materiálmi, ktoré by sa dali využiť.

Časť, ktorú sme obsiahli my, bola tá, že si študent zvolil ako metódu výroby formy technológiu PolyJet, čo je jedna z našich hlavných technológií, patentovaných spoločnosťou Stratasys .

Komponenty nazvané „tvárnik a tvárnice“ boli vytlačené na 3D tlačiarni Stratasys J750 , na ktorej sme tlačili rozmer výrobku v max. veľkosti 490 × 390 × 200 mm z digitálneho materiálu ABS RGD 5130. Ten sa vyznačuje predovšetkým rozmerovou stálosťou a tuhosťou v širokom rozsahu teplôt.

Rozmerová analýza

Jedna z veľkých výhod vstrekovacej formy je tá, že model vytlačený technológiou PolyJet bol veľmi presný, čo dokazuje aj rozmerová analýza, vykonaná pomocou nášho 3D skenera ATOS Q . Tá bola vykonávaná pomocou štruktúrovaného svetla poloautomatickým 3D meracím zariadením od spoločnosti GOM. Rozlíšenie meracej kamery je 12 MPx, čo znamená, že skener je vhodný pre veľmi detailné skenovanie.

Výhody technológie PolyJet

Ďalšia z výhod tejto technológie je, že cena za model z technológie PolyJet je porovnateľná s frézovaním. Avšak pri výrazne kratšom čase výroby. Pre porovnanie, tlač na 3D tlačiarni trvala 18 hodín a 15 minút a približne 3 hodiny dokončovacie práce s dodaním do 3 dní. Oproti tomu dodanie vyfrézovanej tvarovej vložky by trvalo zvyčajne 4 až 5 týždňov, bez započítania dokončovacích prác. Výroba technológiou PolyJet popri tom patrí k najekonomickejším.

Do vstrekovacej formy boli potom vstrekované dva druhy materiálov pri rôznych podmienkach. Polypropylén, ktorý bol vstrekovaný pri teplote materiálu 200 °C a pri vstrekovacom tlaku 380 barov. Druhá verzia bola s materiálom Polyamid 6 a teplota taveniny predstavovala 260 °C pri vstrekovacom tlaku 560 barov. Z týchto testov boli vyrobené prvé prototypové výrobky, ktoré pomohli odhaliť konštrukčné nedostatky. Na základe úpravy potom bolo možné dosiahnuť lepšie a lepšie výsledky. Ak študent do budúcnosti upraví konštrukčný návrh kovovou vtokovou vložkou, bude zaručená vyššia sériovosť.

Záver

Študent navyše dodržal odporúčania od nášho partnera Stratasys a po každom treťom zdvihu formu ochladil. Ako sám spomenul, každá zmena sa zapísala do pozitívnych výsledkov. Celkovo vytvoril 13 variantov.

Hlavný výstup diplomovej práce Víta bol, že poukázal na možnosť využitia metódy rýchlej výroby prototypov v oblasti vstrekovania plastov, konkrétne k zhotoveniu tvarových vložiek (tvárnikov a tvárnic) do vstrekovacej formy.
V súčasnej dobe sa prototypové tvarové vložky do vstrekovacej formy vyrábajú zo zliatiny hliníka frézovaním.

Výrobu tvarových vložiek (tvárnikov a tvárnic) metódou PolyJet je možné v praxi využiť pre výrobu až 30 prototypových výrobkov z polypropylénu. K zvolenému typu bol vytvorený návod na výrobu tvarových vložiek s odporúčanou technológiou a materiálom, ktorá by bola využiteľná v praxi.

Z diplomovej práce vyplýva, že výroba tvarových vložiek do vstrekovacej formy je možná pomocou metód 3D tlače, či už sa jedná o tlač z fotopolyméru či z kovového prášku.

Na diplomovej práci študenta sa spolu s nami podieľala aj spoločnosť ABB a firma Maplast, kde prebiehalo testovanie.