Zagreb, 28.11.2012..

Brza proizvodnja kalupa(e. Rapid Tooling – RT)Dr. sc. Damir Godec

Brza proizvodnja kalupa

2.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaSistematizacija RT postupaka - 1

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

• Posredni postupci brze proizvodnje kalupa- postupci RP se rabe za proizvodnju pramodela proizvoda, natemelju kojih se izrađuju elementi kalupnih šupljina

Brza proizvodnja kalupa

3.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaSistematizacija RT postupaka - 1

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

• Izravni postupci brze proizvodnje kalupa- postupci RP se rabe za izravnu proizvodnju elemenatakalupnih šupljina

Brza proizvodnja kalupa

4.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaSistematizacija RT postupaka - 2

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

• Proizvodnja “privremenih” kalupa (e. Soft Tooling) (npr. silikonski kalupi) – za izradu nekoliko otpresaka

• Proizvodnja “prijelaznih” kalupa (e. Bridge Tooling)(npr. SLS kalupni umetci) – za izradu nekoliko 1000otpresaka

• Proizvodnja “trajnih” kalupa (e. Hard Tooling)(npr. SLM kalupni umetci) – za izradu više od 100 000 otpresaka

Brza proizvodnja kalupa

5.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaMaterijali

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

• polimeri (npr. silikoni, epoksidi)• mješavine metala i polimera (npr. PA i Al)• metali i mješavine metala(npr. čelici, aluminij, Cu-legure)

• keramika

Brza proizvodnja kalupa

6.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaRTV silikonski kalupi

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

• posredni postupak proizvodnje privremenih kalupa• brzo i jeftino do manje serije gotovih proizvoda• nedostatak postupka je mogućnost izrade lijevanjemsamo manjeg broja otpresaka radi loših mehaničkihsvojstava materijala kalupa (desetak odljevaka)

Brza proizvodnja kalupa

7.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaRTV silikonski kalupi

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

Jednodijelni kalup – pozicioniranje pramodela(A. Gebhardt, 2003)

Brza proizvodnja kalupa

8.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaRTV silikonski kalupi

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

Umreživanje cca 6 sati pri sobnoj temperaturi (A. Gebhardt, 2003)

Brza proizvodnja kalupa

9.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaRTV silikonski kalupi

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

Vađenje kalupa i rezanje na dva dijela (A. Gebhardt, 2003)

Brza proizvodnja kalupa

10.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaRTV silikonski kalupi

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

Primjer - kalup za izradu dijela Adidas kopačke

Brza proizvodnja kalupa

11.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa srašćivanjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

• izravni postupci izrade prijelaznih/trajnih kalupa• dvije vrste postupaka:- postupak u jednom koraku (prijelazni kalupi)(e. Direct Metal Laser Sintering – DMLS)

- postupak u dva koraka (trajni kalupi)(e. Indirect Metal Laser Sintering – IMLS)

• moguća izravna izrada vrlo zahtjevnih oblikaelemenata kalupnih šupljina

• prema mnogim analizama trenutačno najprihvatljivijipostupci brze proizvodnje kalupa (točnost i hrapavost)

Brza proizvodnja kalupa

12.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa srašćivanjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

Postupak selektivnog laserskog srašćivanja (SLS) (M.P. Groover, 2002)

Brza proizvodnja kalupa

13.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa srašćivanjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

Postupak selektivnog laserskog srašćivanja (SLS)

Brza proizvodnja kalupa

14.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa srašćivanjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

IMLS i DMLS postupci (D. Godec, 2005)

Brza proizvodnja kalupa

15.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa srašćivanjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

Primjer kalupnih umetaka (IMLS) (3D Systems)

Brza proizvodnja kalupa

16.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa srašćivanjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

Primjer DMLS kalupnog umetka (hibridni kalup)(CRIF-SIRRIS)

Brza proizvodnja kalupa

17.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa laserskim taljenjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

• izravni postupci izrade prijelaznih/trajnih kalupa(e. Selective Laser Melting – SLM)

• pri SLM postupcima dolazi do potpunog taljenjapraškastih komponenata materijala (visoka gustoća)

• rezultat - gotovi kalupni umetci u jednom koraku• nema naknadne toplinske obrade niti prodiranja• nedostatak se očituje u lošijoj dimenzijskojtočnosti i lošijoj kvaliteti površine u usporedbi sa SLS postupcima

Brza proizvodnja kalupa

18.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa laserskim taljenjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

Primjer kalupnog umetka (SLM) (Trumpf)

Brza proizvodnja kalupa

19.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa 3D tiskanjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

• izravni postupci izrade prijelaznih/trajnih kalupa(e. 3D Printing – 3DP) – ProMetal postupak

• temelji se na načelima inkjet tiskanja• potrebna naknadna toplinska obrada

• nedostatak se očituje u lošijoj kvaliteti površinenačinjene tvorevine i lošijoj dimenzijskoj točnosti

• velika brzina izrade

Brza proizvodnja kalupa

20.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa 3D tiskanjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

Postupak ProMetal (Exone)

Brza proizvodnja kalupa

21.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa 3D tiskanjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

Primjer ProMetal kalupnih umetaka (CRIF-SIRRIS)

Brza proizvodnja kalupa

22.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa taloženjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

• izravni postupci izrade trajnih kalupa taloženjem spomoću laserske zrake (e. Laser Deposition)

• temelje se na načelima laserskog “navarivanja”• nije potrebna naknadna toplinska obrada

• nedostatak se očituje u lošijoj kvaliteti površinenačinjene tvorevine i lošijoj dimenzijskoj točnosti

• zahtijevaju kombinaciju s klasičnom CNC obradom

Brza proizvodnja kalupa

23.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa taloženjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

Postupak Direct Metal Deposition – DMD (Trumpf)

Brza proizvodnja kalupa

24.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa taloženjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

Postupak Direct Metal Deposition – DMD (POM)

Brza proizvodnja kalupa

25.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa taloženjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

Primjer kalupnog umetka (DMD) (Trumpf)

Brza proizvodnja kalupa

26.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa taloženjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

Postupak Laser Engineered Net Shaping – LENS(Optomec)

Brza proizvodnja kalupa

27.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa taloženjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

Primjer izrade kalupnog umetka (LENS) (Optomec)

Brza proizvodnja kalupa

28.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa taloženjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

• postupak Controlled MetalBuildup - CMB

• kombinacija taloženja iCNC obrade (korekcija z-osi)

Brza proizvodnja kalupa

29.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa taloženjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

Primjer CMB kalupnog umetka (CRIF-SIRRIS)

prije CNC obrade nakon CNC obrade

Brza proizvodnja kalupa

30.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa laminiranjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

• izravni postupak izrade trajnih kalupa izradomslojeva (različitim postupcima rezanja)i njihovim povezivanjem u govotu tvorevinu (e. Laminated Object Manufacturing – LOM)

• pogodni za izradu i većih kalupnih umetaka• vrlo zahtjevna faza povezivanja slojeva (vrućeizostatstko prešanje, adhezivi, lemljenje, rastavljivispojevi itd.)

• lošija površinska svojstva - slojevi

Brza proizvodnja kalupa

31.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa laminiranjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

Primjer kalupnog umetka (LOM) (T. Himmer i ostali, 2003)

Brza proizvodnja kalupa

32.

Zagreb, 28.11.2012..

Postupci brze proizvodnje kalupaIzrada kalupa laminiranjem

3. Postupci brze proizvodnje kalupa

Primjer kalupnog umetka (LOM) (T. Himmer i ostali, 2003)

Brza proizvodnja kalupa

33.

Zagreb, 28.11.2012..

Prednosti primjene postupaka brze proizvodnje kalupa

4. Prednosti primjene postupaka brze proizvodnje kalupa

• kratak rok pravljenja ključnih elemenata kalupa ili čitavih kalupa (unutar jednog do nekoliko dana)

• moguća izrada vrlo kompliciranih geometrijskih oblika• omogućen smanjeni broj kalupnih umetaka• moguće optimalno temperiranje kalupa (kraći ciklusi,optimalna kvaliteta otpresaka) – e. Conformal Cooling

• moguća primjena za popravke oštećenih kalupa

Brza proizvodnja kalupa

34.

Zagreb, 28.11.2012..

Prednosti primjene postupaka brze proizvodnje kalupa

4. Prednosti primjene postupaka brze proizvodnje kalupa

Kratko vrijeme izrade

matrica žig

Izrada unutar 4 dana (CRIF - SIRRIS)

Brza proizvodnja kalupa

35.

Zagreb, 28.11.2012..

Prednosti primjene postupaka brze proizvodnje kalupa

4. Prednosti primjene postupaka brze proizvodnje kalupa

Kompliciranost geometrije

(CRIF - SIRRIS)

Brza proizvodnja kalupa

36.

Zagreb, 28.11.2012..

Prednosti primjene postupaka brze proizvodnje kalupa

4. Prednosti primjene postupaka brze proizvodnje kalupa

Optimalno temperiranje

• postizanje optimalnih svojstava otpresaka

• smanjeno nejednoliko stezanje uslijed nejednolikoghlađenja otpreska – smanjeno vitoperenje

• optimirana izmjena topline (radi konfiguracije i oblikapresjeka kanala za temperiranje)

• moguće skraćenje vremena hlađenja otpreska (kraćiciklusi injekcijskog prešanja – viša proizvodnost)

Brza proizvodnja kalupa

37.

Zagreb, 28.11.2012..

Prednosti primjene postupaka brze proizvodnje kalupa

4. Prednosti primjene postupaka brze proizvodnje kalupa

Optimalno temperiranje – oblik kanala

Šestokraka zvijezda - +30 % površine po opsegu

Brza proizvodnja kalupa

38.

Zagreb, 28.11.2012..

Prednosti primjene postupaka brze proizvodnje kalupa

4. Prednosti primjene postupaka brze proizvodnje kalupa

Temperiranje – konfiguracija kanala

Klasična konfiguracija kanala za temperiranje

Brza proizvodnja kalupa

39.

Zagreb, 28.11.2012..

Prednosti primjene postupaka brze proizvodnje kalupa

4. Prednosti primjene postupaka brze proizvodnje kalupa

Temperiranje – konfiguracija kanala

Optimalna konfiguracija kanala za temperiranje

Brza proizvodnja kalupa

40.

Zagreb, 28.11.2012..

Prednosti primjene postupaka brze proizvodnje kalupa

4. Prednosti primjene postupaka brze proizvodnje kalupa

Temperiranje – konfiguracija kanala

Primjeri optimiranog temperiranja kalupa (Trumpf)

CAD model kalupni umetak

Brza proizvodnja kalupa

41.

Zagreb, 28.11.2012..

ZaključakPostupci RT

5. Zaključak

• odgovor na sve oštrije zahtjeve tržišta (vrijeme)• moguće pravljenje privremenih, prijelaznih i trajnih kalupa• pristup: izravan i posredan• izravni postupci temeljeni na srašćivanju, taljenju, taloženju, 3D tiskanju i laminiranju

• kao najprihvatljiviji postupak ocijenjen - DMLS

• posredni postupci temeljeni na pravljenju pramodela,i lijevanju ili naštrcavanju

Brza proizvodnja kalupa

42.

Zagreb, 28.11.2012..

ZaključakPostupci RT “+”

5. Zaključak

• omogućuju brzu proizvodnju vrlo komplicirane geometrije (gotovo nema ograničenja)

• moguće optimalno temperiranje kalupa (kraći ciklusi,optimalna kvaliteta otpresaka) – e. Conformal Cooling

• mogući popravci (reparature) kalupa – lasersko taloženje

Brza proizvodnja kalupa

43.

Zagreb, 28.11.2012..

ZaključakPostupci RT “-”

5. Zaključak

• još uvijek vrlo skupa oprema, materijali i usluge

• ograničena trajnost dijela kalupnih umetaka• ograničen broj raspoloživih materijala (trajno u porastu)

• lošija površinska svojstva (hrapavost površine)• u slučaju oštrijih tolerancija izmjera, većina postupakane zadovoljava (potrebna naknadna obrada)