+ All Categories
Home > Documents > Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE –...

Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE –...

Date post: 29-Dec-2019
Category:
Upload: others
View: 2 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
50
A Additive Technologies for the SMEs 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Ministarstvo znanosti, obrazovanja i sporta Aditivne tehnologije za mala i srednje velika poduzeća SME
Transcript
Page 1: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

AAdditive Technologiesfor the SMEs

110011010111111111111000000000011111111111111111111111111111111111111111111110000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

10011001011011110000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

1001101011001110000

10001101011100000000011111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111000000000000000000000

10011101011011110000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

00000000111111

00

00

00

000

00

000000000000000000000

Ministarstvo znanosti, obrazovanja i sporta

Aditivne tehnologije za mala i srednje velika poduzeća

SME

Page 2: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

Ova publikacija izrađena je uz pomoć Europske unije. Sadržaj ove publikacije isključiva je odgovornost Fakulteta strojarstva i brodogradnje i ni na koji način se ne može smatrati da odražava gledišta Europske unije.

www.safu.hrwww.strukturnifondovi.hrwww.mzos.hr www.ec.europa.eu

Autori:Prof. dr. sc. Mladen ŠercerDoc. dr. sc. Damir GodecDr. sc. Ana Pilipović

Grafičko oblikovanje:

Miodrag Katalenić

Kontakti:

Sveučilište u ZagrebuFakultet strojarstva i brodogradnjeIvana Lučića 5, 10 000 Zagrebp.p. 102 MB: 3276546 OIB: 22910368449 PIC: 996827485 tel: +385 1 6168 222 (centrala) fax: +385 1 6156 940 (urudžbeni)

Maja Krznarić, voditelj projektatel: +385 1 61 68 559mail: [email protected]

Vedran Čunčić, asistent na projektutel: +385 1 61 68 559mail: [email protected]

Page 3: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

Sadržaj

1. Uvod 3

2. Opće informacije o aditivnim tehnologijama (3D tiskanje) 4

3. Podjela i primjena AM postupaka 5

4. Faze izrade i najčešći AM postupci 10

4.1. Stereolitografija (e. Stereolithography – SLA) 11

4.2. PolyJet postupak 13

4.3. Selektivno lasersko srašćivanje (e. Selective Laser Sintering – SLS) 15

4.4. 3D tiskanje (e. 3D Printing – 3DP) 17

4.5. Taložno očvršćivanje (e. Fused Deposition Modeling – FDM) 19

4.6. Proizvodnja laminiranih objekata (e. Laminated Object Manufacturing – LOM) 21

4.7. Očvršćivanje digitalno obrađenim svjetlosnim signalom (e. Digital Light Processing – DLP) 23

4.8. Izravno taloženje metala (e. Laser Engineering Net Shaping - LENS) 24

4.9. Izravno taloženje metalnog praha (e. Direct Metal Deposition - DMD) 25

4.10. Taljenje s pomoću snopa elektrona (e. Electron Beam Melting - EBM) 25

4.11. Selektivno lasersko taljenje (e. Selective Laser Melting - SLM) 27

5. Ujednačeno temperiranje kalupa (e. Conformal Cooling) 27

6. Analiza cijena i vremena izrade nekih tvorevina 29

7. Zaključak 34

8. Literatura 35

9. Popis kratica i oznaka 35

SMEAdditive Technologies for SMEs

1

Page 4: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

SME

Additive Technologies for SMEs

2

Page 5: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

1. Aditivne tehnologije za mala i srednje velika poduzeća

U okviru IPA III C programa financiranja razvoja regionalne konkurentnosti, s 01. travnjem 2013. godine započeo je s provođenjem projekt Additive Technologies for the SMEs – AdTec SME (Aditivne tehnologije za mala i srednje velika poduzeća - MSP). Razdoblje trajanja provedbe projekta je 2 godine.

U okviru tog projekta glavni je cilj povećati potencijal za konkurentnost i inovativnost hrvatskih MSP u proizvodnom sektoru. Kako bi se to postiglo, planirano je osnivanje platforme za transfer znanja o aditivnim tehnologijama (3D printanju) prema MSP u obliku Centra za aditivne tehnologije pri Fakultetu strojarstva i brodogradnje, Sveučilišta u Zagrebu. Glavna uloga Centra bit će primjena transfera znanja o aditivnim tehnologijama prema MSP u cilju podrške razvoju njihove inovativnosti i konkurentnosti, kao i poticanje istraživanja i razvoja.

U okviru projekta također će se provesti za potrebe svih zainteresiranih MSP opsežna edukacija o aditivnim tehnologijama u šest regionalnih centara u čitavoj Hrvatskoj. U fazi koja će uslijediti, kroz 40 mini pilot projekata će se za ciljanu skupinu MSP produbiti transfer znanja i dokazati učinkovitost aditivnih tehnologija na specifičnim i stvarnim primjerima primjene. Istodobno će se Centar umreživati sa sličnim centrima, asocijacijama i mrežama za aditivne tehnologije u EU radi dobivanja dodatnih znanja i iskustva koja će se primjenjivati na domaćem tržištu i za domaće MSP. Tijekom provedbe projekta će se stvarati baza potencijalnih korisnika aditivnih tehnologija raspoloživih u Centru, što je čvrsta osnova za buduću suradnju i nakon završetka projekta.

SMEAdditive Technologies for SMEs

3

Page 6: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

Što su aditivne tehnologije?

2. Opće informacije

- stereolitografija (e. stereolithography – SL/SLA)- PolyJet- selektivno lasersko srašćivanje (e. selective laser sintering – SLS)- 3D tiskanje (e. 3D printing – 3DP)- taložno očvršćivanje (e. fused deposition modeling – FDM)- laminiranje (e. laminated object manufacturing – LOM)- očvršćivanje digitalno obrađenim svjetlosnim signalom

(e. digital light processing – DLP)- izravno taloženje metala (e. laser Engineering net shape –

LENS i e. direct metal deposition – DMD)- taljenje s pomoću snopa elektrona (e. electron beam melting - EBM)- selektivno lasersko taljenje (e. selective laser melting - SLM)- i mnogi drugi.

Suvremeni zahtjevi tržišta postavljaju sve oštrije zahtjeve na procese razvoja i proizvodnje. Osim zahtjeva za povišenjem kvalitete proizvoda i razine fleksibilnosti, istodobno se nameću zahtjevi za sniženjem troškova, a posebice za skraćenjem vremena razvoja i proizvodnje. Dodatni trend je napuštanje masovne proizvodnje u korist maloserijske, a vrlo često i pojedinačne (personalizirane) proizvodnje. U cilju udovoljavanja takvim zahtjevima na tržištu, od druge polovice 80-tih godina prošlog stoljeća počeli su se razvijati i primjenjivati suvremeni aditivni postupci proizvodnje (3D printanje). Temeljna značajka tih postupaka je dodavanje materijala, najčešće sloj-po-sloj, do izrade čitavog proizvoda. Takvo načelo proizvodnje omogućuje pravljenje vrlo komplicirane geometrije proizvoda, koje bi drugim, klasičnim postupcima proizvodnje bilo vrlo teško ili nemoguće načiniti. Dodatna značajka aditivnih postupaka je da se u načelu proizvodi izrađuju izravno na opremi za aditivne postupke na temelju 3D računalnog modela, bez potrebe za dodatnim alatima.

Suvremeni aditivni postupci proizvodnje prošli su kroz nekoliko faza glede njihove primjene. U začecima primjene tih postupaka uglavnom su se primjenjivali za brzu izradu prototipova (e. Rapid Prototyping - RP). Sljedeći korak je izrada čitavih alata i kalupa ili njihovih ključnih elemenata (e. Rapid Tooling - RT). Riječ je o primjeni postupaka aditivne proizvodnje tvorevina za izradu polimernih, keramičkih ili metalnih alata i kalupa, koji zbog načela slojevite gradnje omogućuju bitno skraćivanje vremena proizvodnje geometrijski najzahtjevnijih dijelova alata i kalupa. Daljnji razvoj materijala, koji se rabe pri suvremenim aditivnim postupcima za slojevitu proizvodnju, doveo je do izravne maloserijske ili pojedinačne proizvodnje gotovih proizvoda (e. Rapid Manufacturing - RM). Riječ je o postupcima koji omogućuju proizvodnju tvorevina bez potrebe za dodatnim alatima, pa u slučajevima pojedinačne proizvodnje ili maloserijske proizvodnje najčešće predstavljaju jedino razumljivo rješenje. Tijekom 30-tak godina, koliko se aditivne tehnologije - AM primjenjuju u svijetu, izdvojilo se nekoliko tehnologija koje su danas najčešće u primjeni:

SME

Additive Technologies for SMEs

4

Page 7: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

3. Podjela i primjena AM postupaka

Podjela aditivnih postupaka prikazana je na slici 1 od izrade prototipova slojevitim postupcima do posredne primjene u klasičnim postupcima prerade. Kako su se tehnologije razvijale, postupci su našli sve veću primjenu na različitim područjima. Najviše se upotrebljavaju za proizvodnju potrošačkih proizvoda/elektronike, zatim u automobilskoj industriji i medicini, a najmanje u arhitekturi (slika 2).

Slika 1. Podjela aditivnih postupaka

Slika 2. Područja primjene AM postupaka u 2012. godini

SMEAdditive Technologies for SMEs

5

Aditivna proizvodnja

Brza proizvodnjaprototipa RP

Brza proizvodnja RM

Konceptno modeliranje

Funkcijski prototipovi

Prototip alata ili kalupa

Izravna izrada alata i kalupa

Izravna proizvodnja

Posredna izrada prototipova

Posredna izrada alata i kalupa

Posredna proizvodnja

Brza

pro

izvod

nja

kalu

pa i

alat

a RT

Proi

zvod

nja

prot

otip

ova

Proi

zvod

nja

Aditivni postupci Klasični postupci

Prim

jena

Post

upci

Potrošački proizvodi/elektronika;

20,30 %

Automobilska

industrija; 19,50 %Medicina; 15,00 %Industrijski strojevi;

10,80 %

Svemirskaindustrija; 12,10 %

Vlada/vojska; 6,00 %

Drugo; 5,30 %

Arhitektura; 3,00 %

Znanstveneinstitucije; 8,00 %

Page 8: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

Na slikama od 3 do 11 prikazane su najčešće primjene aditivnih postupaka.

a) b)

Slika 3. Primjena za razne potrošačke proizvode: a) tekstilna industrija, b) obuća

a) b)

Slika 4. Primjena za razne potrošačke proizvode: a) rasvjeta, b) sport

a) b)

Slika 5. Primjena za razne potrošačke proizvode: a) glazbeni instrumenti, b) igračke

SME

Additive Technologies for SMEs

6

Page 9: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

a) b) Slika 6. Primjena za razne potrošačke proizvode: a) strojarstvo, b) kućanstvo

Slika 7. Primjena u automobilskoj industriji

SMEAdditive Technologies for SMEs

7

Page 10: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

Slika 8. Primjena u medicini i stomatologiji

Slika 9. Primjena u arhitekturi

SME

Additive Technologies for SMEs

8

Page 11: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

SMEAdditive Technologies for SMEs

Slika 10. Primjena za nakit

Slika 11. Primjena za kalupe i alate

9

Page 12: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

4. Faze izrade i najčešći AM postupci

U svim postupcima proizvodnje tvorevina faze izrade su iste i sastoje se od (slika 12):- izrada CAD modela- pretvaranje CAD modela u STL datoteku ili AMF datoteku- prebacivanje STL datoteke na AM stroj i virtualno rezanje datoteke u slojeve - podešavanje parametara AM stroja (debljina sloja, snaga, brzina, u nekim postupcima i generiranje potporne strukture koja sprječava vitoperenje tvorevine tijekom izrade, itd.)- izrada tvorevine- vađenje tvorevine- naknadna obrada, ako je potrebna (npr. naknadno umreživanje, čišćenje viška materijala, odstranjivanje potporne strukture, bojanje, itd. )- primjena.

Slika 12. Faze AM postupaka

SME

Additive Technologies for SMEs

1. CAD model2. Prebacivanje u STL datoteku3. Prebacivanje datoteke na AM stroj4. Podešavanje parametara AM stroja5. Izrada tvorevine6. Vađenje tvorevine7. Naknadna obrada8. Primjena

10

Page 13: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

4.1. Stereolitografija (e. Stereolithography – SLA)

Načelo stereolitografije je da se fotopolimer skrućuje kada je izložen izvoru svjetlosti. Radna podloga smještena je samo jedan sloj debljine ispod vrha površine kapljevitog polimera. Laser generira i fokusira UV svjetlost i skenira sloj polimera iznad podloge koji očvršćuje. Taj korak počinje s najdonjim presjekom tvorevine. Radna podloga se zatim spušta prema dolje za debljinu idućeg sloja. Kako se tvorevine proizvode u kapljevini, potrebno je osigurati položaj tvorevine s pomoću potporne strukture, koja se uklanja nakon završetka postupka. Postupak se ponavlja do konačne proizvodnje tvorevine. Tvorevina se vadi iz kapljevitog polimera, a višak polimera se ispire u otapalu, čime nastaje tzv. "zelena faza". Naknadno umreživanje odvija se minimalno 1 sat izlaganjem naknadnom zračenju. Taj korak potreban je zbog toga što se neka kapljevita područja mogu zadržati u slojevima.

Postupak stereolitografije s uređajem prikazan je na slici 13.

Slika 13. Postupak stereolitografije

Prednosti SLA postupka su: kombinacija brzine, preciznosti (0,04 mm) i kvalitete završne površine, proizvode se vrlo fini detalji (visoka razlučivost), strojevi proizvode vrlo tanke slojeve debljine 0,05 mm do 0,15 mm, visoka proizvodnost.

Nedostaci postupka su: visoka cijena materijala, potrebno je naknadno umreživanje fotopolimera, upotreba potporne strukture (najčešće se upotrebljava vosak kao potporna struktura), materijali moraju biti pravilno skladišteni da ne dođe do prerane polimerizacije, mogućnost upotrebe uske skupine materijala (samo fotopolimeri), stezanje polimera nakon očvršćenja uzrokuje vitoperenje tvorevine, tvorevina može biti dosta krhka, u tvorevinama sa zatvorenom površinom može ostati zarobljena kapljevina, potreban je poseban prostor za uređaj jer fotopolimeri razvijaju štetne plinove, potrebno je naknadno uklanjanje potporne strukture, skupo održavanje lasera.

Materijali ili materijali sličnih svojstva koji se primjenjuju u postupku stereolitografije su: akrilni PMMA, EP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti.

SMEAdditive Technologies for SMEs

LaserSkener

Valjak zaizravnavanje

Potporna struktura

Fotopolimer

Komora

Radnapodloga

Prototip

x

yz

11

Page 14: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

Na slici 14 prikazane su neke tvorevine izrađene postupkom stereolitografije. Na slici 14.a prikazana je tvorevina velikih dimenzija kod koje je posebno zahtjevno optimalno riješiti potpornu strukturu.

a)

b)

Slika 14. Tvorevine izrađene SLA postupkom: a) ventilacijska rešetka, b) kosti noge

SME

Additive Technologies for SMEs

12

Page 15: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

4.2. PolyJet postupak

U PolyJet postupku (slika 15) mreža mlaznica kliže naprijed – nazad u smjeru y-osi i nanosi/tiska sloj fotoosjetljivog polimernog materijala na radnu podlogu. Svaki sloj fotoosjetljivog polimera očvršćuje pod djelovanjem UV svjetlosti odmah nakon tiskanja, tvoreći potpuno umreženu tvorevinu bez naknadnog umreživanja. Primjenjuju se dva različita materijala: jedan za model, a drugi kao potporna struktura, tj. pola mreže mlaznica nanosi materijal za model, a druga polovica za potpornu strukturu. Nakon završenog prvog sloja, radna podloga spušta se za debljinu sljedećeg sloja i glava za tiskanje započinje izradu tog sljedećeg sloja. Nakon izrade tvorevine potporna struktura se lako uklanja s vodom pri tlaku od 40 bara ili ručno, što zavisi od oblika tvorevine. Tankostjene i male tvorevine čiste se s nižim tlakovima, a robusne s visokim tlakovima, čime je skraćeno vrijeme čišćenja. Mala debljina sloja osigurava izradu tvorevina s vrlo glatkom površinom zbog čega nije potrebna naknadna obrada. Gotove tvorevine mogu se obrađivati mlazom čestica, polirati, brusiti, bojati, itd.

Slika 15. PolyJet postupak

Prednosti postupka su: visoka kvaliteta (zbog vrlo tankog sloja tvorevine su vrlo precizne i imaju jako glatku završnu površinu), mogućnost izrade sitnih detalja i tankih stijenki, primjena u uredima (nema dodira sa smolom i potporna struktura se uklanja s vodom), postupak je brz, nije potrebno naknadno umreživanje i moguće je upotrebljavati različite materijale koji omogućuju različitu geometriju, mehanička svojstva i boju.

PolyJet postupkom moguće je i miješati materijal (Digital Materials) kojim se postižu ciljana svojstva gotove tvorevine (kompozitne tvorevine) (slika 16). Postupak se temelji na načelu PolyJet Matrix. No nedostatak takvog postupka je visoka cijena uređaja.

Materijali koji se primjenjuju u PolyJet postupku su: fotopolimerni akrilni materijali FullCure 720, VeroBlue, VeroWhite, VeroGray, VeroBlack, DurusWhite (sličan polipropilenu), Digital ABS, elastični TangoPlus, TangoBlackPlus, TangoGray i TangoBlack materijali.

SMEAdditive Technologies for SMEs

Izvor UV svjetlaGlava za tiskanje

Prototip Radna podloga

Potporna struktura

x

yz

13

Page 16: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

Slika 16. Tvorevine izrađene u jednom ciklusu s kombinacijom više materijala

SME

Additive Technologies for SMEs

14

Page 17: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

4.3. Selektivno lasersko srašćivanje (e. Selective Laser Sintering – SLS)

U selektivnom laserskom srašćivanju (slika 17) moguće je upotrebljavati gotovo sve vrste materijala koji su preradljivi u praškastom obliku. SLS postupak prvenstveno je zamišljen za proizvodnju polimernih tvorevina, ali je proširen i na metalne i keramičke tvorevine.

Čitav postupak odvija se u temperiranoj komori ispunjenoj inertnim plinom, npr dušikom, da se izbjegne oksidacija površine i potencijalno izgaranje čestica praškastog materijala. Radna podloga smještena je na visini koja je potrebna da se položi sloj praškastog materijala i dobije željena debljina sloja. Sloj praha skenira se i grije toplinskom energijom laserske zrake, te dolazi do međusobnog srašćivanja čestica materijala. CO2 laser skenira i oblikuje prah u željenom presjeku. To počinje s donjim presjekom. Radna komora se grije da se spriječi vitoperenje tvorevine. Radna podloga se snizuje do sloja debljine koji dopušta da se položi novi sloj praha. Novi sloj se skenira, prilagođuje sljedećem gornjem presjeku i prijanja prethodnom sloju. To se ponavlja dok i najgornji sloj tvorevine nije proizveden. Naknadno umreživanje može biti potrebno za neke materijale. Potporna struktura nije potrebna jer su praznine popunjene neobrađenim prahom u svakom sloju. Prilikom srašćivanja praha mogu se stvoriti zrnca na neobrađenom prahu koji služi kao potporna struktura. Takav materijal može se reciklirati (prosijati), smiješati s originalnim materijalom i ponovno upotrijebiti.

Slika 17. Postupak selektivnog laserskog srašćivanja

Prednosti selektivnog laserskog srašćivanja su: brz postupak, mala zaostala naprezanja, mogućnost izrade vrlo malenih tvorevina, mogućnost primjene velikog broja materijala, nije potrebna potporna struktura i moguće je ponovno upotrijebiti već primijenjeni materijal.

Nedostaci postupka: kvaliteta površine i preciznost nije tako dobra kao u postupku stereolitografije, tvorevine su porozne i gustoća se može jako razlikovati, dugo je vrijeme hlađenja velikih tvorevina (čak do dva dana), kod nekih materijala potrebna je primjena zaštitne atmosfere zbog pojave štetnih plinova,

SME

Additive Technologies for SMEs

Valjak zaizravnavanje

CO laser2

Prototip

Skenirajućezrcalo

Doziranjepraha

Višak praha

Radna podloga

Prah

x

yz

15

Page 18: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

skupa su početna ulaganja u opremu i održavanje, zamjena materijala zahtijeva detaljno čišćenje stroja što je mehanički kompliciranije od drugih AM postupaka.

Materijali koji se primjenjuju u postupku selektivnog laserskog srašćivanja su: PA 12, PA GF, čestice od nehrđajućeg čelika (54 %) i bronce (46 %) koje su prevučene polimernim vezivom, smjesa poliamida i aluminija, poliamid s dodatkom ugljičnih vlakana, PS, PP, elastoplastomeri, PC, PVC, elastomeri, keramika, voskovi, pa čak i metalnim ako je laser dovoljne snage.

Postupak SLS uvriježio se kao jedan od najčešće rabljenih postupaka i pri izravnoj izradi kalupa. Pri SLS postupcima izradbe metalnih tvorevina i elemenata kalupa (izravno srašćivanje (DMLS) (slika 18.a) i posredno srašćivanje (IMLS) (slika 18.b) rabe se dvije vrste mješavina prahova: metalni prah i polimerno vezivo, te mješavina praha nikal-bronca-bakreni fosfat (Ni-Bz-Cu2P). U drugom slučaju (DMLS) radi se stvarno o izravnom postupku jer u naknadnim koracima nije potrebna razgradnja veziva, već se u prvom koraku izrađuju gotovi kalupni umetci. Samo je ponekad potrebno prodiranje punila radi povišenja mehaničkih svojstava umetka ili poboljšanja površinskih svojstava tvorevine (najčešće epoksidne smole).

a)

b)

Slika 18. Postupak izrade kalupa srašćivanjem metala s pomoću lasera: a) izravno (DMLS), b) posredno (IMLS)

Najčešća je naknadna obradba takvih tvorevina pjeskarenje čeličnim kuglicama. Pjeskarenjem se postiže očvršćivanje površine tvorevine i smanjenje hrapavosti površine. Hrapavost površine (Ra) nakon srašćivanja iznosi oko 10 μm, a nakon pjeskarenja oko 4 μm.

SME

Additive Technologies for SMEs

praškasta mješavina(metal+polimerno vezivo)

IMLS

SLS

RP oprema peć

-

uklanjanje veziva-

konačno srašćivanje

-

prodiranje

bakra ili broncenaknadna

obrada

npr. pjeskarenje

DMLS

praškasta mješavina(metal + metalno vezivo)

RP oprema

-

SLS- konačno srašćivanje

naknadna obrada

npr . pjeskarenje

16

Page 19: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

Na slici 19 prikazane su tvorevine načinjene SLS postupkom.

Slika 19. Tvorevine načinjene SLS postupkom

3D tiskanje naziva se tako zbog sličnosti s ink-jet tiskanjem. U 3D tiskanju umjesto tinte izbacuje se vezivo ili ljepilo. Kako se vezivo i prah nanose u slojevima, tvorevina se izrađuje sloj po sloj. Radna podloga smještena je na visini potrebnoj da se sloj praha stavi na podlogu do željene debljine. Sloj praha selektivno se skenira s glavom pisača koja oslobađa kapljevito vezivo i uzrokuje da slojevi prianjaju jedni uz druge. Radna podloga se snizuje do sloja debljine koji dopušta novom sloju praha da se nataloži. Novi sloj se skenira, prilagođuje obliku sljedećeg gornjeg presjeka i prianja na prethodni sloj (slika 20). Nakon izrade tvorevina se ostavlja neko vrijeme u komori s prahom da postigne potrebnu čvrstoću, zatim se vadi van i s pomoću zraka se odstranjuje višak praha. Naknadni proces temperiranja i infiltriranja voska, epoksida ili cijanoakrilata primjenjuje se da bi tvorevina očvrsnula.

4.4. 3D tiskanje (e. 3D Printing – 3DP)

SMEAdditive Technologies for SMEs

17

Page 20: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

Slika 20. Faze postupka 3D tiskanja

Rezultat postupka su tvorevine s gotovo potpunom gustoćom koje se mogu naknadno obrađivati ili polirati, ako je potrebno.

Prednosti postupka 3D tiskanja: visoka brzina rada stroja, mogućnost primjene strojeva u uredima (neotrovni materijali), visoka preciznost uređaja, dobre dimenzijske tolerancije tvorevina, vrlo glatka površina tvorevine, mogućnost tiskanja materijala u boji, mogućnost izrade vrlo tankih slojeva, niska cijena, nije potrebna upotreba potporne strukture, nije potrebna visoka energija za izradu, već korišteni materijal može se ponovno upotrijebiti.

Nedostaci postupka su: ograničene izmjere tvorevina, ograničen broj primijenjenih materijala i brzina izrade, kod tvorevina velikih dimenzija lošija je točnost u usporedbi s drugim postupcima, visoka hrapavost pa je potrebna dodatna strojna obrada, potrebno je neko vrijeme za čišćenje tvorevina.

Značajna prednost 3D tiskanja je mogućnost izrade tvorevina u boji (slika 21).

Slika 21. Tvorevine načinjena u jednom ciklusu s različitim bojama

SME

Additive Technologies for SMEs

prah

valjak zaizravnavanje praha

ink - jet glava spojena sa spremnikom za vezivo

sipanje praha printanje sloja spuštanjeradne podloge

radna podloga

međufaza

ponavljajući ciklus

printanje zadnjeg sloja

prototip

18

Page 21: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

Materijali koji se primjenjuju u postupku 3D tiskanja su kompoziti s metalnom matricom nastali infiltriranjem bronce u nehrđajući čelik, nikal, epoksid, poliuretan, kompozitni materijali (materijal se sastoji od polimera s nekoliko dodataka), materijali za fino lijevanje (smjesa celuloze, posebnih vlakana i drugih dodataka), materijal za izravno lijevanje (smjesa pijeska, gipsa i drugih dodataka), elastomerni materijal (smjesa celuloze, specijalnih vlakana i drugih dodataka)

Kod postupka taložnog očvršćivanja materijala (slika 22) polimerni materijal u obliku žice prolazi kroz mlaznicu. Materijal napušta mlaznicu u omekšanom stanju i pri sobnoj temperaturi brzo očvršćuje, pa je zbog toga potrebno održavati temperaturu kapljevitog materijala malo iznad temperature očvršćivanja. Cijeli sustav je u temperiranoj okolini. Nakon izrade prvog sloja, radna podloga spušta se za debljinu novog sloja i ekstrudira se novi sloj.

Kod složenije geometrije tvorevine može se upotrijebiti potporna struktura. Tada se upotrebljava dvostruka glava ekstrudera. U jednoj mlaznici nalazi se materijal, a u drugoj materijal za podupiranje. Kada je tvorevina završena, potporna struktura se vrlo jednostavno uklanja (npr. otapanjem u vodenoj otopini ili lomljenjem). S potpornom strukturom topljivom u vodenoj otopini postižu se bolje završne površine tvorevine.

Na tržištu za izradu tvorevina FDM postupkom postoje industrijski (slika 22.a) i niskobudžetni strojevi (slika 22.b). U okviru projekta kupljen je stroj MakerBot Replicator 2x. MakerBot Replicator 2x ima dvije glave (promjer mlaznice je 0,4 mm) pa je u jednom ciklusu moguće izrađivati dvije različite boje, ali samo od ABS materijala debljine žice 1,75 mm. Ima radnu komoru 246?152?155 mm.

a) b) c)Slika 22. Postupak taložnog očvršćivanja: a) industrijski uređaj, b) shema postupka,

c) niskobudžetni uređaj

Prednosti FDM postupka su: brzina i sigurnost rada strojeva koji ne primjenjuju otrovne materijale pa nije potreban poseban prostor, postupak izrade je brži nego kod SLA, nije potrebno čišćenje tvorevine, nema vitoperenja tvorevine, nije potrebno hlađenje, tvorevine je moguće pjeskariti, bušiti, bojati,

4.5. Taložno očvršćivanje (e. Fused Deposition Modeling – FDM)

SMEAdditive Technologies for SMEs

19

Glava ekstrudera(pomak u x i y osi)

Potpornastruktura

Mlaznica za dobavumaterijala za potpornu

strukturuMlaznica za dobavumaterijala za izradu

prototipa

Kolotura s materijalomza izradu prototipa

Kolotura s materijalomza potpornu strukturu

Radna podloga(pomak u smjeru

z osi)

x

yz

Prototip

Page 22: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

galvanizirati, moguće je ekstrudirati PE-HD, PE-LD, PP, čokoladu, biokompatibilne i/ili biorazgradljive materijale (npr. polikaprolakton (PCL)) i elastomere, a moguće je izraditi istovremeno više tvorevina.

Nedostaci FDM postupka su: potrebna je naknadna obrada, vrlo često je nužna potporna struktura, nepredvidljivo skupljanje materijala, oscilacije temperature mogu dovesti do raslojavanja tvorevine, vidljive su linije između slojeva, čvrstoća tvorevine je snižena u smjeru okomitom na smjer izrade slojeva tvorevine, niska dimenzijska točnost (može se povećati s debljinom sloja od 0,078 mm koja je dostupna kod skupih strojeva, s tim da se povećava vrijeme izrade). Mlaznice su kružnog presjeka, te je zbog toga nemoguće izraditi oštre rubove. Stvaran oblik ovisi o mlaznici i viskoelastičnom ponašanju materijala prilikom očvršćivanja. Brzina ovisi o mogućnostima doziranja materijala kroz mlaznicu. Pri povećanju protoka taljevine može doći do povećanja mase tvorevine. Mehanička svojstva ovise o položaju tvorevine na radnoj podlozi, pogotovo u smjeru z-osi.

Materijali koji se primjenjuju u postupku taložnog očvršćivanja su: ABS, PC/ABS, PC, PPSF/PPSU, PP, PE-HD, PE-LD, elastomer na osnovi poliestera i vosak za lijevanje.Na slici 23 prikazane su tvorevine načinjene FDM postupkom.

Slika 23. Tvorevine načinjene FDM postupkom

SME

Additive Technologies for SMEs

20

Page 23: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

4.6. Proizvodnja laminiranih objekata (e. Laminated Object Manufacturing – LOM)

LOM postupkom proizvodi tvorevina laminiranjem i laserskim dovršavanjem (rezanjem) materijala od papira, polimernih filmova i folija, te od metalnih ploča. S polimernim folijama postižu se bolja mehanička svojstva u usporedbi s papirom. Ploče se laminiraju u čvrste blokove povezivanjem: ljepilom, stezanjem i ultrazvučnim zavarivanjem.

Primjenjujući toplinu i tlak svaka se ploča, folija ili papir spaja na blok i formira novi sloj. Materijal se dobavlja s pomoću valjka na jednoj strani stroja i odmotava do druge strane (slika 24). Zagrijani valjak ili spremnik s ljepilom osigurava da se novi sloj lijepi na već izrađeni dio tvorevine.

Slika 24. Proizvodnja laminiranih objekata

Nakon što se sloj (folija) staložio, laserskom zrakom ili nožem izrezuje se dio materijala u oblik konačne tvorevine. U postupku proizvodnje papirnatih laminiranih tvorevina primjenjuje se papir na koji se nanosi sloj lijepila, koji zatim nož izreže u odgovarajući oblik. Nanosi se sljedeći sloj (tj. papir) koji se zalijepi na prethodni i tvorevina se izrađuje sve do završnog sloja. Kada je završen najgornji sloj tvorevine, višak materijala se ručno odvaja od tvorevine. Površina tvorevine ručno se dorađuje kako bi se izbjegla slojevita struktura nastala slaganjem slojeva. Nastale tvorevine mogu se pjeskariti, polirati, bojati i strojno obrađivati, a u slučaju primjene papira ojačati naštrcavanjem sloja ljepila. Potporna struktura nije potrebna.

Prednosti LOM postupka su: malo stezanje, nisko zaostalo naprezanje i vitoperenje, brza izrada velikih tvorevina, strojevi ne primjenjuju otrovne materijale pa nije potreban poseban prostor, niske cijene uređaja i materijala u usporedbi s drugim AM postupcima.

Nedostaci LOM postupka: papir zahtijeva upotrebu zaštitnih premaza uslijed apsorpcije vlage i trošenja, uslijed bubrenja i neujednačene debljine folije materijala otežana je kontrola točnosti dimenzija u z-osi, mehanička i toplinska svojstva su nehomogena zbog upotrebe ljepila između slojeva, prilikom odstranjivanja neupotrijebljenog materijala mogu se oštetiti tvorevine malih izmjera, nemogućnost izrade šupljih tvorevina.

Na slici 25 prikazana je tvorevina načinjena od papira i PVC-a.

se

SMEAdditive Technologies for SMEs

Sustav ogledala

LaserPresjek prototipa

Laminiraniblok Radna

podloga

Grijanivaljak

Valjak s namotanimmaterijalom

Valjak s viškommaterijala

x

yz

21

Page 24: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

Slika 25. Tvorevine načinjene LOM postupkom

Očvršćivanje digitalno obrađenim svjetlosnim signalom je izrada 3D modela s pomoću fotoosjetljive akrilne smole i Digital Light Processing - DLP postupka. Projicirana slika iz DLP izvora svjetlosti predstavlja presjek tvorevine koji očvršćuje u polimernoj smoli. Vidljiva svjetlost se projicira ispod radne podloge, tako da se radna površina nalazi iznad nje. Uređaj osvijetli cijeli sloj odjednom čime se skraćuje ukupno vrijeme ciklusa. Projektor je smješten ispod radne podloge. Smola se nalazi u komori načinjenoj od stakla i prekriva projektor. Prvi sloj tvorevine izrađuje se na donjoj površini smole koja očvršćuje s pomoću svjetlosti projicirane iz projektora. Radna podloga podiže se za debljinu novog sloja i postupak počinje ispočetka (slika 26).

Prednosti postupka su: brza i jednostavna izmjena materijala, mogućnost primjene velike količine fotoosjetljivih materijala, kao i biokompatibilnih materijala.

Nedostaci postupka su: s obzirom na male dimenzije komore postupak je pogodan za tvorevine malih izmjera, potrebna je potporna struktura.

4.7. Očvršćivanje digitalno obrađenim svjetlosnim signalom (e. Digital Light Processing – DLP)

SME

Additive Technologies for SMEs

22

Page 25: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

a) b)

Slika 26. Očvršćivanje digitalno obrađenim svjetlosnim signalom: a) shema postupka, b) uređaj

Na slici 27 prikazane su tvorevine načinjene DLP postupkom.

Slika 27. Tvorevine načinjene DLP postupkom

SMEAdditive Technologies for SMEs

Radna podloga

Potpornastruktura

Prototip

Komoraispunjenasmolom

DLP projektor

x

yz

23

Page 26: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

4.8. Izravno taloženje metala (e. Laser Engineering Net Shaping - LENS)

Proces započinje djelovanjem laserske zrake na vrlo usko područje površine, pri čemu nastaje mjesno rastaljeno područje. S pomoću mlaznice se zatim dodaje točno određena količina novog praškastog materijala pri čemu nastaje novi sloj tvorevine (slika 28).

Postupak se odvija u podtlačnoj komori u kojoj se lako mogu kontrolirati uvjeti izrade tvorevine. Primjerice moguće je održavati atmosferu s argonom u kojoj je sadržaj kisika zanemariv. To je posebice važno pri izradi tvorevina od aluminija gdje prisutnost kisika sprječava dobro međusobno povezivanje slojeva tvorevina. LENS postupak omogućuje i izradu kalupa s više materijala u jednom ciklusu. Primjerice moguće je izraditi dijelove kalupne šupljine od čelika, a dio umetaka može u istom ciklusu biti načinjen od bakra (npr. za jezgre koje se teško mogu temperirati).

Slika 28. Izravno taloženje (LENS postupak)

Na slici 29 prikazana je tvorevina načinjena LENS postupkom.

Slika 29. Tvorevina načinjena LENS postupkom

SME

Additive Technologies for SMEs

24

Page 27: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

4.9. Izravno taloženje metalnog praha (e. Direct Metal Deposition - DMD)

4.10. Taljenje s pomoću snopa elektrona (e. Electron Beam Melting - EBM)

Postupak je sličan LENS postupku. Razlike se javljaju uglavnom u detaljima oko upravljanja i uporabe uređaja za izradu metalnih tvorevina (slika 30).

DMD postupak nudi prednosti izrade tvorevina od više materijala, te izradbu kanala za temperiranje u optimalnim položajima. S druge strane postupak je spor, što ga čini pogodnijim za izradbu preciznih detalja na prethodno načinjenom modelu. Postupak se uglavnom rabi u automobilskoj industriji.

Slika 30. Izravno taloženje metalnog praha (DMD postupak)

Na slici 31 prikazana je tvorevina načinjena DMD postupkom.

Slika 31. Tvorevina načinjena DMD postupkom

EBM postupkom se tvorevina gradi sloj po sloj taljenjem sloja metalnog praha s pomoću snopa elektrona. Područja primjene EBM postupka su RP (metalni prototipovi), RM (metalni proizvodi), (RT) kalupi za injekcijsko prešanje, kalupi za tlačno lijevanje, te u biomedicini pravljenje implantata. Materijali koji se prerađuju EBM postupkom su: titan i njegove legure, volfram, niobij, tantal, platina, paladij, cirkonij, iridij, nikal, legure nikla. Tvorevine se izrađuju izravno iz CAD podataka bez potrebe za naknadnom obradbom očvršćivanja. Načinjene tvorevine trebaju imati dodatke za naknadnu obradbu na konačne izmjere.

SMEAdditive Technologies for SMEs

25

Page 28: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

EBM postupak (slika 32) odvija se u podtlačnoj komori. Snop elektrona se proizvodi s pomoću posebne mlaznice koja se učvršćuje u komori. Snopu elektrona se omogućuje savijanje tako da je moguće doseći svaki kutak komore. Elektroni se emitiraju iz punila koje je pri povišenoj temperaturi (oko 2 500 ). Elektroni se zatim u električnom polju ubrzavaju na polovicu brzine svjetlosti, a snopom elektr na se upravlja s pomoću dva magnetska polja. Prvo polje djeluje kao magnetska leća. S pomoću njega se snop elektrona fokusira i postiže se željeni promjer snopa. Drugo polje služi za usmjeravanje snopa na željeno mjesto u komori. Pri sudaru elektrona s metalnim prahom, kinetička se energija sudara pretvara u toplinsku koja lokalno tali metalni prah.

Slika 32. Taljenje s pomoću snopa elektrona (EBM postupak)

Prednosti EBM postupka su: mogućnost postizanja visoke razine energije u malom snopu, pravljenje tvorevina pri podtlaku što rezultira vrlo dobrim mehaničkim svojstvima, visoko podtlačna atmosfera jamči izostajanje oksida i nitrida na površini tvorevine. Postupak omogućuje navarivanje istog metala ili kombinacije različitih metala. Pri generiranju snopa elektrona visoka je učinkovitost što rezultira malom potrošnjom energije. Niski su troškovi instaliranja i održavanja, visoka je brzina izrade tvorevina, usmjeravanje snopa elektrona postiže se bez pokretnih elemenata uređaja što snizuje troškove održavanja i povisuje brzinu izrade tvorevine.

Nedostatci EBM postupka su: visoko podtlačna atmosfera zahtijeva prisutnost dodatnog uređaja, tijekom postupka prisutno je γ-zračenje, moguća je izrada tvorevina samo od materijala koji su vodiči električne energije.

EBM postupak primjenjuje se najčešće u medicini (slika 33).

a) b)Slika 33. Primjena EBM postupka u medicini: a) čašica umjetnog kuka, b) bedrena kost

°Co

SME

Additive Technologies for SMEs

26

Page 29: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

4.11. Selektivno lasersko taljenje (e. Selective Laser Melting - SLM)

5. Ujednačeno temperiranje kalupa (e. Conformal Cooling)

Postupak je sličan SLS postupku, no pri SLM postupku metalni ili keramički prahovi se u potpunosti tale (ne srašćuju), što rezultira visokom gustoćom načinjenih tvorevina. Stoga nema potrebe za naknadnim koracima kao što su naknadno srašćivanje i prodiranje. Debljina sloja iznosi oko 20 μm. Temeljni je nedostatak postupka gruba površina tvorevine koju je potrebno naknadno doraditi, te netočnost u izmjerama.

Na slici 34.a prikazan je uređaj za izradu tvorevina SLM postupkom, a na slici 34.b tvorevina načinjena SLM postupkom.

a) b)

Slika 34. Selektivno lasersko taljenje: a) uređaj, b) tvorevina načinjena SLM postupkom

Pristupi koji rezultiraju razvojem visokoučinkovitih kalupa generirali su pojačani interes i istraživanja sa ciljem skraćivanja vremena ciklusa prerade (npr. injekcijskog prešanja). Većina tih pristupa usmjerena je ka intenzivnijoj izmjeni topline u kalupu koju nije moguće ostvariti uporabom klasičnih postupaka izrade elemenata kalupa (35.a). Jedan od pristupa je izrada kanala s optimalnom putanjom (tzv. conformal cooling kanali). Riječ je o kanalima koji optimalno prate konturu otpreska čime se jamči ujednačeno hlađenje otpreska, odnosno ujednačeno temperiranje kalupa (slika 35.b). Provedena ispitivanja pokazala su kako se takvim pristupom vremena ciklusa injekcijskog prešanja mogu skratiti i do 30 %, uz istodobno povišenje kvalitete otpresaka.

a) b)Slika 35. temperiranje kalupnih umetaka: a) klasično, b) ujednačeno

SMEAdditive Technologies for SMEs

27

Page 30: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

Sljedeći pristup u optimiranju procesa injekcijskog prešanja je uporaba gradijentnih materijala. Pristup se temelji na načelu da se vanjski slojevi kalupnog umetka izrađuju od tvrđih metala (primjerice visokolegiranih čelika visoke tvrdoće), a unutrašnjost umetka od materijala visoke toplinske provodnosti (primjerice legure bakra). Izvedba s bakrenom jezgrom i klasičnim, ravnim kanalima za temperiranje rezultirala je skraćenjem ciklusa injekcijskog prešanja 15 do 25 %. Kombinacija takvog pristupa s izradom optimalnih putanja kanala rezultirala je skraćenjem ciklusa od 30 %.

Slojevito pravljenje kalupnih umetaka prije svega omogućuje izradu kanala za temperiranje takvog geometrijskog oblika presjeka koji jamči intenzivniju izmjenu topline između stijenke kalupne šupljine i medija za temperiranje.

Različitim oblicima presjeka kanala za temperiranje (primjerice oblik šestokrake zvijezde) moguće je povećati površinu stijenke kanala za temperiranje do 30 % u usporedbi s klasičnim kružnim oblikom presjeka kanala, što dovodi do povećanja intenziteta izmjene topline do 30 %. Uz to se dobiva povećana turbulencija medija za temperiranje prolaskom kroz takve kanale, pa se dodatno pospješuje izmjena topline između medija za temperiranje i kalupa.

S druge strane omogućena je i izrada konfiguracije (putanje) kanala za temperiranje s pomoću koje je moguće pratiti optimalne linije temperiranje (slika 36). U oba slučaja primjenom klasičnih postupaka izrade kalupnih umetaka to nije moguće.

a) b)Slika 36. Ujednačeno temperiranje: a) CAD model kalupnog umetka, b) načinjen kalupni umetak

SME

Additive Technologies for SMEs

28

Page 31: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

6. Analiza cijena i vremena izrade nekih tvorevina

Tablica 1. Analiza cijena i vremena izrade tvorevina kod nekih postupaka

* U tablici se nalaze nepotpune cijene koštanja tvorevina (bez PDV-a)

SMEAdditive Technologies for SMEs

29

Postupak Materijal Proizvod

Dimenzije: 46x72x16 mm Volumen: 2366 mm3

Dimenzije: 55x80x4 mm Volumen: 8708 mm3

SLA

ABS 281 kn, 2,4 h 220 kn, 1,8 h ABS + topl. obrada 1824 kn, 2,4 h 1778 kn, 1,7 h Akrilna smola sloj 100 m

281 kn, 2,4 h 220 kn, 1,7 h

Akrilna smola sloj 150 m

213 kn, 1,6 h 175 kn, 1,7 h

SLS PA12 700 kn, 2,6 h 441 kn, 2,2 h PA12 + staklene

čestice

700 kn, 2,6 h 441 kn, 2,2 h

3DP Gips 150 468 kn, 1 h 294 kn, 0,5 h Škrob 15e + elastomer 675 kn, 1 h 423 kn, 0,5 h

FDM –

niskobudž.

ABS 216 kn, 1,7 h 126 kn, 0,5 h

FDM – industrijski ABS 220 kn, 2 h 174 kn, 1 h

PolyJet

DurusWhite (akrilna smola) 547 kn, 2,9 h 281 kn, 1 h

FullCure 720 (akrilna smola) 450 kn, 2,1 h 243 kn, 0,7 h

VeroBlack (akrilna smola) 450 kn, 2,1 h 243 kn, 0,7 h

VeroBlue (akrilna smola) 450 kn, 2,1 h 243 kn, 0,7 h

Page 32: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

Tablica 1. Analiza cijena i vremena izrade tvorevina kod nekih postupaka (nastavak)

* U tablici se nalaze nepotpune cijene koštanja tvorevina (bez PDV-a)

SME

Additive Technologies for SMEs

30

Postupak Materijal Proizvod

Dimenzije: 46x72x16 mm Volumen: 2366 mm3

Dimenzije: 55x80x4 mm Volumen: 8708 mm3

SLM

Nehrđ. čelik sloj 30 m 1672 kn, 7,4 h 1057 kn, 4,3 h

Nehrđ. čelik sloj 60 m

1011 kn, 3,8 h 661 kn, 2,2 h

Visokolegirani čelik sloj 30 m

1695 kn, 7,3 h 1057 kn, 4,2 h

Visokolegirani čelik sloj 60 m

1026 kn, 3,6 h 661 kn, 2,1 h

EBM

Ti6Al4V 2850 kn, 7 h 2280 kn, 5,6 h Ti6Al4V + topl. obrada vruće izostat. prešanje

5130 kn, 7 h 4560 kn, 5,6 h

CoCr + topl. obrada homogenizacija 4393 kn, 10,8 h 3679 kn, 9,1 h

CoCr + topl. obrada vruće izostat. prešanje i homogenizacija

6673 kn, 10,8 h 5959 kn, 9,1 h

Page 33: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

Tablica 1. Analiza cijena i vremena izrade tvorevina kod nekih postupaka (nastavak)

* U tablici se nalaze nepotpune cijene koštanja tvorevina (bez PDV-a)

SMEAdditive Technologies for SMEs

31

Postupak Materijal Proizvod

Dimenzije: 76x77x56 mm Volumen: 11 020 mm3

Dimenzije: 137x55x103 mm Volumen: 75 510 mm3

SLA

ABS 585 kn, 6,2 h 2400 kn, 18 h ABS + topl. obrada 2143 kn, 6,2 h 7068 kn, 18 h

Akrilna smola sloj 100 m 585 kn, 6,2 h 2400 kn, 18 h

Akrilna smola sloj 150 m

418 kn, 4,1 h 1680 kn, 12 h

SLS PA12 1581 kn, 4,2 h 6163 kn, 10 h PA12 + staklene čestice 1581 kn, 4,2 h 6163 kn, 10 h

3DP Gips 150 967 kn, 2 h 1322 kn, 2,5 h Škrob 15e + elastomer 1393 kn, 2 h 1838 kn, 2,5 h

FDM – niskobudž.

ABS 448 kn, 3,5 h 832 kn, 8,5 h

FDM – industrijski

ABS 402 kn, 5 h 1042 kn, 15 h

PolyJet

DurusWhite (akrilna smola) 1490 kn, 9,8 h 2900 kn, 15 h

FullCure 720 (akrilna smola) 1110 kn, 7 h 2700 kn, 15 h

VeroBlack (akrilna smola) 1110 kn, 7 h 2700 kn, 15 h

VeroBlue (akrilna smola) 1110 kn, 7 h 2700 kn, 15 h

Page 34: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

Tablica 1. Analiza cijena i vremena izrade tvorevina kod nekih postupaka (nastavak)

* U tablici se nalaze nepotpune cijene koštanja tvorevina (bez PDV-a)

SME

Additive Technologies for SMEs

32

Postupak Materijal Proizvod

Dimenzije: 76x77x56 mm Volumen: 11 020 mm3

Dimenzije: 137x55x103 mm Volumen: 75 510 mm3

SLM

Nehrđ. čelik sloj 30 m 5624 kn, 27,9 h 19.900 kn, 68 h

Nehrđ. čelik sloj 60 m

3139 kn, 14,4 h 11.000 kn, 35 h

Visokolegirani čelik sloj 30 m

5624 kn, 27,2 h 20.125 kn, 68 h

Visokolegirani čelik sloj 60 m

3139 kn, 13,6 h 11.225 kn, 35 h

EBM

Ti6Al4V 4917 kn, 12,1 h 18.248 kn, 27 h Ti6Al4V + topl. obrada vruće izostat. prešanje

7190 kn, 12,1 h 25.088 kn, 27 h

CoCr + topl. obrada homogenizacija

6886 kn, 17 h 24.746 kn, 40 h

CoCr + topl. obrada vruće izostat. prešanje i homogenizacija

9166 kn, 17 h 31.586 kn, 40 h

Page 35: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

Tablica 1. Analiza cijena i vremena izrade tvorevina kod nekih postupaka (nastavak)

* U tablici se nalaze nepotpune cijene koštanja tvorevina (bez PDV-a)

SMEAdditive Technologies for SMEs

33

Postupak Materijal Proizvod / orijentacija

Dimenzije: 47x65x21 mm Volumen: 13 257 mm3

Dimenzije: 47x65x21 mm Volumen: 13 257 mm3

SLA ABS 357 kn, 3,4 h 532 kn, 5,6 h ABS + topl.

obrada 1915 kn, 3,4 h 2090 kn, 5,6 h

Akrilna smola sloj 100 m 357 kn, 3,4 h 532 kn, 5,6 h

Akrilna smola sloj 150 m

260 kn, 2,3 h 380 kn, 3,7 h

SLS PA12 813 kn, 2,9 h 1400 kn, 3,9 h PA12 + staklene čestice 813 kn, 2,9 h 1400 kn, 3,9 h

3DP Gips 150 492 kn, 1 h - Škrob 15e + elastomer 711 kn, 1 h -

FDM – niskobudž.

ABS 284 kn, 1,4 h 314 kn, 1,8 h

FDM – industrijski

ABS 238 kn, 2 h -

PolyJet

DurusWhite (akrilna smola) 608 kn, 3,4 h 1171 kn, 7,4 h

FullCure 720 (akrilna smola) 525 kn, 2,7 h 965 kn, 6 h

VeroBlack (akrilna smola) 525 kn, 2,7 h 965 kn, 6 h

VeroBlue (akrilna smola) 525 kn, 2,7 h 965 kn, 6 h

Page 36: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

Tablica 1. Analiza cijena i vremena izrade tvorevina kod nekih postupaka (nastavak)

* U tablici se nalaze nepotpune cijene koštanja tvorevina (bez PDV-a)

Moguće su razlike u cijeni između dve iste tvorevine načinjene istim postupkom jer ovisno o orijentaciji potrebno je više ili manje materijala za izradu suportne strukture, te također cijena se razlikuje ovisno o kvaliteti površine. Također tvorevine velikih dimenzija koje ne stanu u komoru stroja mogu se konstrukcijski drukčije oblikovati i načiniti u dva dijela i spajati npr. lijepljenjem.

7. Zaključak

Aditivni postupci (AM) proizvodnje tvorevina, kalupa/alata, prototipova predstavljaju uštede vremena i troškova jer otklanjaju neke skupe faze konstruiranja. Neovisno o kompliciranosti geometrije oblika aditivnim postupcima moguće je napraviti tvorevinu u jednom ciklusu, koji ne zahtjeva upotrebi kalupa, CNC strojeva ili ručnu izradu, odnosno moguće je izraditi tvorevinu vrlo složene geometrije čija je izrada klasičnim postupcima ili nemoguća ili otežana. Aditivni postupci mogu pomoći u prepoznavanju

SME

Additive Technologies for SMEs

34

Postupak Materijal Proizvod / orijentacija

Dimenzije: 47x65x21 mm Volumen: 13 257 mm3

Dimenzije: 47x65x21 mm Volumen: 13 257 mm3

SLM

Nehrđ. čelik sloj 30 m 2288 kn, 10,6 h 3610 kn, 17,2 h

Nehrđ. čelik sloj 60 m

1330 kn, 5,4 h 2052 kn, 8,7 h

Visokolegirani čelik sloj 30 m

2318 kn, 10,5 h 3701 kn, 17 h

Visokolegirani čelik sloj 60 m

1353 kn, 5,2 h 2136 kn, 8,5 h

EBM

Ti6Al4V 3154 kn, 7,8 h 4492 kn, 11,1 h Ti6Al4V + topl. obrada vruće izostat. prešanje

5434 kn, 7,8 h 6764 kn, 11 h

CoCr + topl. obrada homogenizacija 4727 kn, 11,6 h 6369 kn, 15,7 h

CoCr + topl. obrada vruće izostat. prešanje i homogenizacija

7007 kn, 11,6 h 8649 kn, 15,7 h

Page 37: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

osnovnih pogrešaka na tvorevinama koje su u kasnijim fazama njihove proizvodnje skupe za ispravljanje. Međutim, AM dijelovi nisu jeftini (na njihovu cijenu utječe: vrijeme izrade, cijena samog stroja i kasnije održavanje, rad operatera – tijekom izrade, naknadne obrade i čišćenja, cijena materijala i cijena materijala za potpornu strukturu) i ponekad je teško odlučiti koliko ih izraditi da se dobije maksimalna korist od njih.

1. Godec, D.: Utjecaj hibridnog kalupa na svojstva injekcijski prešanog plastomernog otpreska, doktorski rad, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb, 2005.

2. Pilipović, A.: Utjecaj parametara izrade na svojstva polimernoga prototipa, doktorski rad, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb, 2012.

Kratica Opis3DP trodimenzionalno tiskanje (e. 3D Printing)ABS akrilonitril/butadien/stirenAM aditivna proizvodnja, aditivni postupci (e. Additive Manufacturing)DLP Očvršćivanje digitalno obrađenim svjetlosnim signalom (e. Digital Light Processing)DMD izravno taloženje metalnog praha (e. Direct Metal Deposition)EBM taljenje s pomoću snopa elektrona (e. Electron Beam Melting)EP epoksidna smolaFDM taložno očvršćivanje (e. Fused Deposition Modeling)LENS izravno taloženje metala (e. Laser Engineering Net Shaping)LOM proizvodnja laminiranih objekata (e. Laminated Object Manufacturing)GF staklena vlakna (e. Glass Fibre)PA poliamidPA 12 poliamid na osnovi dodekanske kiselinePA 66 poliamid 66PA GF poliamid ojačan staklenim česticama ili vlaknimaPBT poli(butilen - tereftalat)PC polikarbonatPE-HD polietilen visoke gustoćePE-LD polietilen niske gustoćePMMA poli(metil-metakrilat)PP polipropilenPPSF/PPSU poli(fenilen-sulfon)PS polistirenPVC poli(vinil-klorid)RM brza (izravna) proizvodnja (e. Rapid Manufacturing)RP brza proizvodnja prototipa (e. Rapid Prototyping)RT brza proizvodnja kalupa ili alata (e. Rapid Tooling)SLA/SL stereolitografija (e. Stereolithography)SLM selektivno lasersko taljenje (e. Selective Laser Melting)SLS selektivno lasersko srašćivanje (e. Selective Laser Sintering).STL triangulizacijska datoteka (e. Standard Tessellation Language)

8. Literatura

9. Popis kratica i oznaka

SMEAdditive Technologies for SMEs

35

Page 38: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

SME

Additive Technologies for SMEs

Page 39: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

SMEAdditive Technologies for SMEs

SMESMESMESSSSSSMMMMMMMMMEEEEEE

Page 40: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

SME

Additive Technologies for SMEs

SMESMESMESSSSSSMMMMMMMMMEEEEEE

Page 41: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

SMEAdditive Technologies for SMEs

SMESMESMESSSSSSMMMMMMMMMEEEEEE

Page 42: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

SME

Additive Technologies for SMEs

SMESMESMESSSSSSMMMMMMMMMEEEEEE

Page 43: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

SMEAdditive Technologies for SMEs

SMESMESMESSSSSSMMMMMMMMMEEEEEE

Page 44: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

SME

Additive Technologies for SMEs

SMESMESMESSSSSSMMMMMMMMMEEEEEE

Page 45: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

SMEAdditive Technologies for SMEs

SMESMESMESSSSSSMMMMMMMMMEEEEEE

Page 46: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

SME

Additive Technologies for SMEs

SMESMESMESSSSSSMMMMMMMMMEEEEEE

Page 47: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

SMEAdditive Technologies for SMEs

SMESMESMESSSSSSMMMMMMMMMEEEEEE

Page 48: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

SME

Additive Technologies for SMEs

SMESMESMESSSSSSMMMMMMMMMEEEEEE

Page 49: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs
Page 50: Ministarstvo znanosti, obrazovanja Additive …portal.hok.hr/brosure/45a_Brosura_AdTEC.pdfEP, PE – HD, PP, PA 66, ABS, PC, PBT, nano-kompoziti. SME Additive Technologies for SMEs

HRVATSKA OBRTNIČKAKOMORA

UT SE LT AL VU OK NA SF KI OKS M

R BA RJ OO DRT USUred za transfer tehnologije

Ovaj projekt je sufinanciran sredstvima Europske unijeThis project is funded by the European Union


Recommended