M o ž n o s t i u p l a t n ě n í m o d e r n í c h m e to d p ř i v ý r o b ě p r o to t y p o v ý c h o d l i t k ů
Aplikace RP pro klasické netrvalé (pískové) formy (obr. 10a, 10b)
2) Přímá výroba formy pomocí tzv. master modelu RP metodou je vyroben model požadovaného odlitku (tzv. master model), který je následně použit pro klasickou výrobu formy pro odlévání. 3) Nepřímá výroba formy Jedná se o vícekrokové vytvoření formy, kdy je v první fázi vyroben primární model odlitku. Z tohoto modelu je využitím gumové formy vyroben model uretanový nebo silikonový, který je ve finální fázi využit pro tvorbu formy pro odlévání. U silikonových forem se velmi dobře uplatňuje metoda vakuového lití. Výhodou tohoto postupu je značné urychlení výroby forem pro sériovou výrobu odlitků. Aplikace RP pro metody netrvalého modelu (obr. 11a, b) 1) Přímá výroba skořepiny Podobně jako v předchozím případě je i zde pomocí RP metod přímo vytvořena forma, nejčastěji keramická skořepina pro okamžité odlévání kovu. 2) Přímá výroba spalitelného nebo vytavitelného modelu Model vytvořený některou RP metodou je přímo vyroben z materiálu vhodného pro vytavení nebo spálení (vosk, ABS plast). Tento model je rovnou využit k výrobě keramické skořepiny. Nevýhodou tohoto postupu je, že model je během procesu zničen. 3) Výroba voskového modelu pomocí formy zhotovené RP technologií V tomto případě se RP metodami zhotoví forma, do které se poté odlije roztavený vosk. Tyto voskové modely se pak uplatní v dalším procesu technologií přesného lití. 4) Výroba voskového modelu za pomoci silikonové formy a modelu zhotoveného RP technologií V první fázi je postupy RP vyroben primární model součásti, který slouží k výrobě silikonové formy pro zhotovení voskových modelů využitých při přesném lití. Výhoda tohoto procesu se opět projeví při sériové výrobě – pomocí jednoho primárního modelu lze vyrobit několik forem. Aplikace RP pro zhotovení trvalých forem K rychlému zhotovení kokil mohou sloužit například metody DMLS (Direct Metal Laser Sintering) a LENS (Laser Engineered Net Shaping). Obě technologie jsou podrobněji zmíněny níže. Po p i s v y b ra nýc h m e t o d R P p o u ž i t e l nýc h ve s l évá r e n s t v í Pískové formy – přímá výroba 1) ExOne [14], [15] Společnost ExOne byla založena roku 2005 a hlavní činností této firmy je výroba a servis 3D systémů pro tisk z kovu a písku. V roce 2010 firma představila největší tiskárnu pro tisk z písku ExOne S-Max; tato tiskárna dokázala tisknout jádra a formy o maximálních rozměrech 1800 × 1000 × 700 mm. V současné době je „vlajkovou lodí“ společnosti zařízení, kde
lze tisknout ve dvou pracovních komorách, každé o rozměrech 2200 × 1200 × 700 mm, s přesností vytištěného jádra nebo formy až ± 0,3 mm. Schéma stroje je zachyceno na obr. 12. Zařízení pracuje na principu zvaném Binder Jetting, což v překladu znamená tisk pojiva. Nejprve se CAD data přenesou do systému stroje, který si součást rozdělí na jednotlivé vrstvy. Písek, který je smíchaný s aktivátorem, se rozprostře v tenké vrstvě po pracovní komoře a tisková hlava, ve které je pojivo, postupně vytvrzuje jednotlivé části budoucí formy nebo jádra. Jako pojivo se používá furan, vodní sklo nebo případně látky na bázi fenolů. Pokud je použito pojivo na bázi furanu, není potřeba vytištěnou součást dále tepelně vytvrzovat. Negativem je určitá ekologická nevýhodnost furanu. Naopak vodní sklo je ekologicky nezávadné, v písku nemusí být přimíchán aktivátor, ale vytištěný objekt musí být dále tepelně zpracován, aby došlo k jeho vytvrzení. Na rozdíl od konvenčních metod zhotovení forem a jader lze pomocí těchto systému vytisknout formu během jednoho dne. 2) Laser sintering of silica sand [16] Tento systém pracuje podobně jako systém SLS. Jako hlavní ostřivo se používá běžný křemenný písek, ovšem s příměsmi látek s nižší teplotou tání umožňující snadnější spékání laserem. Nejprve se na kovové podložce vytvrdí první vrstva, která je složena z křemenného písku a křemičitanu sodného, který zajistí dobrou přilnavost mezi pískem a podložkou. Tato vrstva má tloušťku 0,3 mm. Jelikož křemičitan sodný snadněji tuhne, je laser nastaven na nižší výkon než pro vytvrzování následujících vrstev. Další vrstva se již skládá pouze z křemenného písku; parametry laseru se upraví a vytvrzuje se již kontura budoucí formy. Po vytvrzení celé součásti následuje nátěr křemičitanem sodným, který celou součást zpevní a zlepší její povrch. Vytvrzovací proces může být urychlen tuhnutím součásti v peci o teplotě 200 °C. Poté je forma připravena k odlévání. 3) Voxeljet [17] Firma Voxeljet nabízí systémy RP pracující na principu Binder Jetting, což znamená postupné přidávání pojiva na práškový materiál. Ve strojích firmy Voxeljet, které jsou dostupné v několika velikostech pracovní komory (největší dosahuje rozměrů 4000 × 2000 × 1000 mm) lze tisknout jak pískové formy, tak i jádra. Princip je obdobný jako u firmy ExOne. Tloušťka jednotlivé vrstvy je při použití písku 300 µm. Pomocí tiskové hlavy začne nanášení pojiva a po nanesení celé vrstvy se stavební platforma sníží o velikost jedné vrstvy směrem dolů a celý proces se opakuje až do doby, než se vytvoří celá forma nebo model. Následně se ze zařízení vyjme kovový kontejner, ve kterém jsou vytisknuté součásti i s přebytečným práškem a pomocí vysavače začne první hrubé čištění. Po odsátí přebytečného materiálu se vytisknutá součást dále čistí pomocí štětců, případně stlačeného vzduchu. Výhody takto vyrobených pískových jader nebo forem jsou vysoká přesnost, rychlost jejich zhotovení a v případě výroby prototypových odlitků také cena. Ukázka jádra je na obr. 13. Pískové formy — nepřímá výroba pomocí trvalého modelu 1) PolyJet Technology [18], [19] Systém Poly Jet od firmy Stratasys je velmi podobný stereolitografii, fotopolymer však není v zásobníku, ale je po malých kapkách pomocí tiskové hlavy tisknut na stavební platformu.
S l é vá re ns t v í . L X I V . č e r v e n e c– s r p e n 2016 . 7– 8
221
PŘEHLEDOVÉ ČL ÁNK Y
1) Přímá výroba formy Pomocí některé RP metody se přímo vyrobí forma trvalá (kovová) nebo častěji netrvalá (písková, keramická), do které lze přímo odlévat kov.
M . H o r á č e k – R . Ča g á n e k – V. Va š e k