MODUL 5 · NAPREDNI POSTUPCI 3D ISPISA
Nastavna jedinica 5.5
Povezivanje 3D ispisivanja s drugim proizvodnim tehnologijama
3D ispis rijetko stoji sam. Češće je jedna karika u lancu: ispiše se naprava za glodanje, model za lijevanje, umetak za kalup ili predložak za termoformiranje, a gotovi dio nastaje nekim drugim postupkom. Ova jedinica pokazuje gdje se ispis u taj lanac uklapa, što se s ispisanim predmetom radi nakon što izađe s podloge i kako se sve to drži zajedno digitalnim zapisom.
- objasniti ulogu 3D ispisa u lancu s obradom odvajanjem, lijevanjem i prešanjem
- opisati izradu naprava i stezaljki za obradu odvajanjem pomoću ispisa
- objasniti postupke lijevanja koji se oslanjaju na ispisane modele i kalupe
- navesti postupke naknadne obrade ispisanih predmeta i njihove učinke
- objasniti kontrolu kvalitete ispisanog dijela i mjesto ispisa u digitalnom lancu
- usporediti izradu naprave ispisom i obradom odvajanjem po vremenu i trošku
Ispis kao karika u lancu
Podjela na aditivne i odvojne postupke korisna je za razumijevanje, ali u pogonu se ne radi tako. Ondje se pita samo jedno: kojim se slijedom zahvata najbrže i najjeftinije dolazi do ispravnog dijela. U tom slijedu ispis obično ima jednu od triju uloga.
- Ispis izrađuje pomoćno sredstvo. Naprava, stezaljka, šablona, mjerni etalon ili predložak nastaju ispisom, a proizvod nastaje drugim postupkom.
- Ispis izrađuje model ili alat. Model za lijevanje, jezgra, kalup za termoformiranje ili umetak za kalup ispisuju se, a dio nastaje lijevanjem ili prešanjem.
- Ispis izrađuje sam dio, a drugi ga postupci dovršavaju. Ispisani predmet dobiva navoj, glatku plohu ili točnu mjeru naknadnom obradom.
Iz toga slijedi i razlog zbog kojega se ispis toliko proširio u strojarstvu: nije zamijenio postojeće postupke nego je skratio put do njih. Naprava koja se čekala tjedan dana sada je gotova sutradan, pa cijeli lanac ide brže, iako je sam proizvod i dalje glodan ili liven.
Naprave i stezaljke za obradu odvajanjem
Naprava drži obradak u točno određenom položaju. Njezine su zadaće smjestiti obradak, spriječiti pomak pod silom rezanja i omogućiti alatu pristup. Klasično se izrađuje glodanjem iz aluminija, pri čemu se najviše vremena troši na programiranje i stezanje sirovca. Ispisom nastaje u jednom koraku, izravno iz modela, i to u obliku koji bi glodanjem bio skup.
Nekoliko pravila čini razliku između upotrebljive i neupotrebljive ispisane naprave. Dodirne plohe uz obradak ispisuju se s punom ispunom ili im se broj obodnih linija podigne na četiri do šest. Mjesta koja trpe trošenje dobivaju metalni umetak: čeličnu čahuru za vođenje svrdla, utisnutu maticu za vijak, podlošku ispod glave stezača. Naprava se postavlja tako da sila rezanja pritišće obradak prema tijelu naprave, a ne da ga odiže, jer je veza između slojeva najslabije mjesto.
Ograničenja su jasna. Plastična naprava nije za velike sile rezanja niti za emulziju pod tlakom pri visokoj temperaturi, a PLA već pri 55 °C omekša. Za takve se uvjete bira PETG, PA s punilom ili se naprava izradi klasično. Ondje gdje uvjeti dopuštaju, ušteda je velika — i u vremenu i u trošku.
Zapamtite
Ispisana naprava pozicionira, a metalni umetak preuzima trošenje i silu. Tako podijeljene uloge daju napravu koja traje.
Usporedba izrade jedne naprave 3D ispisom i obradom odvajanjem iz aluminija. Za ispis se računa s ispunom 20 % i protokom koji odgovara printeru P-1 pri 60 mm/s.
Modeli i kalupi za lijevanje
Lijevanje traži model po kojem nastaje šupljina i jezgru koja oblikuje unutarnje prostore. Oboje se može ispisati, čime otpada izrada drvenog ili metalnog modela.
Kod lijevanja po izgubljenom modelu model je od voska ili od polimera koji izgara bez ostatka. Ispisan model uroni se u keramičku kašu, ljuska se osuši, model se istali ili spali, a u dobivenu šupljinu ulije se metal. Postupak je star, ali ga je ispis bitno ubrzao: umjesto alata za oblikovanje voska, dovoljna je datoteka. Za ovo se najčešće koriste posebne smole niskog udjela pepela i filamenti koji izgaraju čisto.
Kod pješčanog lijevanja ispisuje se sam model po kojem se nabija kalupna mješavina, a sve češće i kalup izravno: uređaj nanosi slojeve pijeska i na njih otiskuje vezivo, pa nastaje gotov kalup s jezgrama, bez modela. Time se izrađuju odljevci složenih unutarnjih kanala kakve bi klasična jezgrena kutija teško dala.
| Postupak lijevanja | Što se ispisuje | Materijal ispisa | Napomena |
|---|---|---|---|
| Izgubljeni vosak | model koji izgara | smola niskog pepela, poseban filament | model se troši, za svaki odljevak nov |
| Pješčano lijevanje, model | model i jezgrena kutija | PLA ili PETG, lakirano | model se koristi više puta |
| Pješčano lijevanje, kalup | kalup i jezgre izravno | pijesak s vezivom | bez modela, složeni unutarnji kanali |
| Tlačni lijev, prototip | model za silikonski kalup | smola, glatka ploha | male serije lijevane u poliuretan |
Kalupi i umetci za prešanje i termoformiranje
Kod termoformiranja ploča se zagrije i vakuumom navuče preko kalupa. Kalup trpi umjerenu temperaturu i mali tlak, pa se za male serije uspješno ispisuje. Važne su dvije stvari: kalup mora podnijeti temperaturu ploče, pa se bira PETG, ABS ili PA umjesto PLA, i mora propuštati zrak, što se rješava sitnim provrtima ili namjerno rjeđom ispunom uz propusnu stijenku.
Kod injekcijskog prešanja uvjeti su znatno teži: tlakovi od nekoliko stotina bara i temperature taline preko 200 °C. Ipak, za probne serije od nekoliko desetaka do nekoliko stotina komada ispisuju se umetci kalupa od tehničke smole ili metalnim ispisom. Umetak se ugradi u standardno kućište kalupa, otpreša se probna serija i prema njoj se odluči o izradi pravog, čeličnog alata. Kod metalnog ispisa kalupnih umetaka postoji i druga prednost: kanali za hlađenje mogu pratiti oblik šupljine umjesto da idu ravno, čime se skraćuje ciklus prešanja.
U svim tim primjenama ispis ne konkurira serijskoj proizvodnji nego joj prethodi. Dio nastaje istim postupkom i od istog materijala kao i budući serijski proizvod, pa se ispitivanja provedena na probnoj seriji mogu prenijeti na proizvodnju.
Naknadna obrada ispisanih predmeta
Predmet koji izađe s podloge rijetko je gotov. Naknadna obrada dijeli se na četiri skupine i svaka ima svoju cijenu u vremenu i u mjerama.
Uklanjanje i izravnavanje. Skidaju se potpore i obrub, a tragovi se bruse redom od grubljeg prema finijem brusnom papiru, obično od zrnatosti 180 prema 600 i dalje. Brušenjem se lako izgubi desetinka milimetra, pa se plohe s zadanom mjerom bruse oprezno i nakon toga mjere.
Glačanje i zatvaranje površine. ABS i ASA glačaju se parom acetona, pri čemu se vanjski sloj rastopi i zatvori tragove slojeva; postupak se izvodi u zatvorenoj posudi, uz provjetravanje i bez otvorenog plamena. PLA i PETG ne reagiraju na aceton, pa se za njih koriste temeljni premaz koji se brusi, epoksidni premaz ili jednostavno više brušenja.
Bojenje. Ispisana površina prije boje traži temeljni premaz koji ispuni sitne poroznosti i izjednači upijanje. Nanosi se u tankim slojevima, uz međubrušenje. Kod dijelova koji će biti izloženi suncu temeljni i završni premaz ujedno štite materijal od starenja.
Dorada mjera i navoja. Provrti koji moraju držati mjeru ispisuju se manji i naknadno razvrtaju. Navoji se urezuju ureznicom ili, bolje, zamjenjuju toplinskim umetkom. Ravne dosjedne plohe koje traže bolju točnost brzo se dorade na glodalici, za što se često koristi upravo ispisana naprava.
| Zahvat | Učinak | Utjecaj na mjere |
|---|---|---|
| Brušenje | uklanja tragove slojeva i potpora | skida do 0,2 mm, treba mjeriti |
| Glačanje parom | zatvara površinu ABS-a i ASA-e | zaobljuje bridove, mijenja sitne detalje |
| Temeljni premaz i boja | ujednačena i zaštićena površina | dodaje 0,05 do 0,15 mm po sloju |
| Razvrtanje provrta | točan promjer i glatka stijenka | traži predviđeni dodatak u modelu |
| Toplinski umetak | metalni navoj u plastici | provrt se izrađuje prema uputi proizvođača |
Mjerenje, kontrola i digitalni lanac
Ispisani dio provjerava se kao i svaki drugi. Vanjske mjere provjeravaju se pomičnim mjerilom i mikrometrom, provrti graničnim trnovima, a složene plohe usporedbom s modelom. Za tu usporedbu koristi se 3D skener: snimljena mreža poklopi se s izvornim CAD modelom, a razlika se prikaže bojama. Time se odmah vidi gdje se dio skupio i koliko.
Skupljanje je najčešći uzrok odstupanja. Materijal se pri hlađenju stegne, i to više po duljini nego po visini, pa velik dio izađe nešto manji od modela. Ako je odstupanje sustavno, ispravlja se faktorom mjerila u sliceru ili dodatkom u modelu. Drugi su česti uzroci nekalibriran korak ekstrudera, prekomjerno istiskivanje koje širi stijenke prema unutra i pomak prvog sloja zbog preblizu postavljene mlaznice.
Sve to drži na okupu digitalni lanac: isti se model koristi za crtež, za pripremu ispisa, za program obrade i za mjerni izvještaj. Put teče od CAD modela preko slicera i G-koda do printera, a paralelno od istog modela preko CAM sustava do obradnog centra. Kad se model promijeni, mijenjaju se sve grane, pa nema zastarjelih nacrta i zastarjelih programa.
Hibridni pristup ide korak dalje: isti uređaj nanosi materijal i odmah ga obrađuje odvajanjem, sloj po sloj ili u koracima. Time se dobiva unutarnja složenost aditivnog postupka i točnost obrade odvajanjem na vanjskim plohama, bez ponovnog stezanja obratka.
Pažnja
Prije zaključka da je printer neispravan provjerite kojim ste dijelom lanca nezadovoljni. Odstupanje mjere može doći iz modela, iz postavki slicera, iz kalibracije uređaja ili iz hlađenja materijala, a svaki od tih uzroka rješava se drugim zahvatom.
Ključni pojmovi
| Pojam | Značenje |
|---|---|
| Izgubljeni model | Postupak lijevanja u kojem se ispisani ili voštani model istali ili spali iz keramičke ljuske. |
| Umetak kalupa | Izmjenjivi dio kalupa s oblikom šupljine, koji se ugrađuje u standardno kućište. |
| Termoformiranje | Oblikovanje zagrijane ploče navlačenjem preko kalupa, najčešće vakuumom. |
| Glačanje parom | Zatvaranje površine ABS-a ili ASA-e izlaganjem pari otapala. |
| Toplinski umetak | Mjedena matica koja se zagrijana utiskuje u plastiku i daje trajan navoj. |
| 3D skener | Uređaj koji snima oblik predmeta i daje mrežu za usporedbu s izvornim modelom. |
| Hibridni postupak | Izrada u kojoj isti uređaj naizmjence nanosi materijal i obrađuje ga odvajanjem. |
Provjeri se
Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.
Pitanje 1 od 3
Kod izrade ispisane naprave za obradu odvajanjem metalni umetak služi da:
Plastično tijelo pozicionira, a čahura ili matica preuzimaju trošenje i silu na mjestu dodira s alatom ili vijkom.
Pitanje 2 od 3
Pri lijevanju po izgubljenom modelu ispisani se model:
Model se iz osušene keramičke ljuske uklanja taljenjem ili izgaranjem, pa za svaki odljevak treba nov model.
Pitanje 3 od 3
Glavna prednost metalnog ispisa umetaka kalupa jest:
Konformni kanali za hlađenje prate oblik šupljine i tako skraćuju ciklus prešanja, što ravno bušeni kanali ne mogu.
Odgovoreno 0 od 3.