Wykonywanie Modeli Odlewniczych w 5 Krokach

Wykonywanie Modeli Odlewniczych w 5 Krokach

Wymogi jakie stawiane są obecnie technikom wytwarzania wyrobów metalowych w procesie odlewania, odnoszą się przede wszystkim do podnoszenia jakości produktów przy jak najkrótszym czasie ich wykonywania. Należy przy tym pamiętać, że przed wprowadzeniem nowego wyrobu do produkcji, niezbędne jest sprawdzenie poprawności rozwiązań konstrukcyjnych, ocena jego ergonomii i cech wizualnych. W tym celu należy wykonać prototyp, który pozwoli wyeliminować wszelkie błędy i nanieść poprawki jeszcze w fazie projektowania. Tradycyjne wykonanie takich modeli wiąże się z długim czasem wytwarzania oraz dużymi kosztami. Zastosowanie technik szybkiego prototypowania (Rapid Prototyping) oraz drukarki 3D pracującej w technologii osadzania topionego materiału (Fused Filament Fabrication – FFF), pozwala sprostać powyższym wymaganiom.

Metoda FFF polega na szybkim i precyzyjnym wykonaniu jednostkowych wyrobów, warstwa po warstwie z określonych materiałów. Wydruki wykonane w tej technologii wykonywane są z polimerów i charakteryzują się dużą wytrzymałością mechaniczną oraz dobrym odwzorowaniem geometrii, przez co dobrze nadają się jako modele odlewnicze wykorzystywane do tworzenia form jednorazowych. Proces budowania modelu przy użyciu metody osadzania topionego materiału (FFF), odbywa się po przez nanoszenie filamentu za pomocą podgrzewanej głowicy sterowanej numerycznie. Dysza ma na celu przetłaczać materiał rozgrzany do odpowiedniej temperatury. Element drukowany jest warstwa po warstwie dzięki głowicy poruszającej się w poziomie (osie X i Y) zgodnie z zadaną geometrią przekroju, natomiast platforma robocza porusza się w pionie (oś Z). W trakcie budowy modelu wytwarzane są również warstwy podporowe, które po zakończeniu wydruku należy usunąć. Jak zatem wykonać model odlewniczy?

Krok 1: Uzyskujemy model 3D-CAD.

Aby uzyskać model 3D-CAD, możemy wykorzystać do tego celu oprogramowanie CAD (ang. Computer Aided Design) np. SOLIDWORKS i zaprojektować przedmiot od podstaw. Innym sposobem może być wykorzystanie inżynierii odwrotnej i uzyskanie chmury punktów za pomocą skanera 3D. Inną metodą może być zastosowanie tomografii komputerowej czy też rezonansu magnetycznego, wykorzystywanego między innymi w medycynie do uzyskiwania geometrii protez czy implantów. Dane uzyskane za pomocą skanera 3D, tomografu komputerowego czy rezonansu magnetycznego nie mogą być jednak użyte bezpośrednio. Konieczna jest ich obróbka w oprogramowaniu CAD i wygenerowanie poprawnej bryły.

Krok 2: Zapisujemy model w formacie STL.

Efektem zapisu modelu w formacie STL, jest triangulacja powierzchni zewnętrznych bryły. Uzyskujemy „wydmuszkę” modelu, która zbudowana jest z trójkątów o określonych parametrach, decydujących później o jakości wydruku.

Krok 3: Otwieramy plik STL w oprogramowaniu SOFTSHAPER.

Dzięki temu mamy możliwość dokonywania podziału modelu na warstwy o określonych grubościach, ustawienia procentowej gęstości modelu, generowania struktur podporowych, ustawienia i przeskalowania modelu w przestrzeni roboczej oraz wygenerowania ścieżek roboczych narzędzia. Dokładność wydruku uzależniona jest od założonej grubości warstw, którą oczywiście można regulować.

Krok 4: Drukujemy w 3D.

Czas trwania drukowania przestrzennego zależny jest od kilku parametrów: wysokości warstwy, grubości ścianki modelu, wypełnienia, prędkość drukowania, typu i ilości podpór. Prezentowany model wirnika został wytworzony w przeciągu 6 godzin przy wypełnieniu 35%, na drukarce VSHAPER SINGLE o obszarze roboczym 270x270x200 mm. Parametry wydruku zostały dobrane w taki sposób, aby uzyskać odpowiednio trwały model w jak najkrótszym czasie.

Model wykonywany jest w jednej operacji w jednym ustawieniu bez konieczności konstruowania odpowiednich podpór modelowych, co w przypadku konwencjonalnych metod jest bardziej skomplikowane i czasochłonne. Modele odlewnicze wykonane metodą FFF charakteryzują się widocznymi warstwami na powierzchni zewnętrznej. Odpowiedni postprocessing w postaci szlifowania, piaskowania czy kąpieli w oparach acetanu umożliwia wygładzenie powierzchni.

Krok 5: Tworzymy formę piaskową z masy bentonitowej.

Wykonany model odlewniczy wykorzystujemy w procesie tworzenia formy piaskowej z masy bentonitowej. Zastosowanie modeli odlewniczych wykonanych technologią osadzania topionego materiału w procesie wytwarzania jednorazowych form piaskowych ułatwia uzyskanie poprawnego jakościowo odlewu użytkowego lub prototypu. W projektowaniu modelu odlewniczego wykonywanego metodą FFF należy uwzględnić: grubości ścian modelu odlewów, trudne do wykonania napisy na ścianach pionowych oraz gabaryty modelu ograniczone przestrzenią roboczą maszyny drukującej.

Dzięki wykorzystaniu metody osadzania topionego materiału w procesie wytwarzania modelu odlewniczego udało się skrócić czas wykonania modelu fizycznego do ośmiu godzin (w tym sześć godzin na wydruk).

Konrad Kowalski
Konstruktor, VSHAPER

Share this post