Sesiunea de Comunic ări Științ ifice Studențești 2020 [626250]

Sesiunea de Comunic ări Științ ifice Studențești 2020

ADDITIVE MANUFACTURE D MOLDS FOR POLYMERI C PRODUCTS
UTA Mihai -Gigi

Facultatea de Inginerie Industriala si Robotică , TCM , Anu l de st udii: 4, e-mail: [anonimizat]

Conducător științific : prof. univ . Constantin Gheorghe OPRAN
Conducător științific : drd.ing. Camelia R OSIORU

This paperwork represents the study of the modern additive manufacturing and how can this
improve the way we are making molds in 2020. Most of the research is regarding the possi bility of
creating molds for short run production. If t his approach was t reliable before, now, with the recent
increase of quality, and mechanical properties of 3d printing, additive manufactured molds are
possible. I have studied every additive manufactu red technologies that exist in nowadays, and the way
that we are using injection moulding and how we can make them work together for the best result in a
small amount of time.
Furthermore I am looking to create a mold for a plastic part that fits the dime nsion of an
interchangeable tool from Meusburger .

CUVINTE CHEIE: Additive Manufaturing ; Injection Molding ; ; Interchangeable molds ;
1. Introducere
Tema de cercetare include 2 tehnologii distincte întrepătrunse , pentru care s-a analizat pe
scurt fiecare tip de teh nologie in parte pentru a sesiza particularitățile specifice fiecăreia .
1.1. Fabricare Aditiva
Fabricare aditiva, cunoscuta și ca 3D printing, este într -o ascensi une continua in ultimii
ani. Face parte din industria 4.0 și este prezenta in orice întreprind ere car e se respecta, in
apropare orice liceu și universi tate într -o varie tate de forme .
Fabricarea aditiva se împarte în 7 categorii conform ISO:

• Stereolitografie – SLA / DLP

• Powder Bed Fus ion ( pentru metale ) – DMLS SLM EBM

• Binder Jetting

• Modelare prin extrudare – FDM

• Material jetting – DOD

• Direct Energy Deposi tion – DED

• Laminarea de foi ( LOM – UC )
1.2. Tehnologii de Injecție in Matrița

Tehnologia complex ă de injecție este una dintre cele mai răspândite științe de prelucrar e a
materialelor de mase plasti ce prin intermediul căreia sunt fabricate numeroase produse , in
principal cele din materiale polimerice .

• Injecția în matriț ă

Injecția în matriță se definește ca fiind operația de introducere sub pres iune ridicată și cel
mai ade sea sub acțiunea căldurii, a unui material de tip monomaterial sau compozit în stare
fluidă, semifluidă sau a suspensi ilor unui corp întru -n spațiu închis, respectiv cavitatea activă
interioară a unei matrițe de injecție unde ar e loc răcirea și solid ificar ea lui, în scopu l obținerii
unui produs cu caracteristici bine determinate. [1]

• Matrița de injecție
Matrița de injecție se definește ca fiind un echipament alcătuit din mai multe piese
componente asamblate cu cel puțin o piesă numită semimatriță c u o su prafață internă concavă
reprezentând n egativul produsului final, aceasta fiind cavitatea activă interioară a matriței,
folosi tă pentru prelucrarea injecției sau combinat deformare plastică și injecție a unui material
plasticizat pentru ca acesta să obțină forma interioară a produsului final. [ 2]
2. Stadiul Actual privind matrițe de injecție produse polimerice cu elemente
structurale fabricate prin tehnologii additive
Tematica problemei de la care s -a plecat a fost sa vedem in ce măsura este posi bil
realizar ea unor piese polimerice prin injecție în tr-o matrița cu elemente structurare realizate prin
tehnologii de fabricare aditive.
Bine înțeles am că utat online și am descoperit câteva articole realizate de 3D HUBS, o
companie din Olanda și STRATASYS o compani e din Statele Unite care confirma teoria, dar
fără sa dea extraordinar de multe detalii. După aceasta lectura s -au putut trage mai multe
concluz ii:
Tehnologia de fabricare aditiva permite prin intermediul a câtorva materiale capabile sa
reziste la temperat urile și presi unile ridicate realizarea d e matrițe capabile de o producție mica,
20 – 100 de piese.
In prezent exista doua tehnologii aditive ca re permit realizarea de piese cu acuratețe
mare, din materiale care permit utilizarea in condițiile specifice un ei matrițe de injecție, adică la
temperat uri mari și presi uni ridicate: Mașinile SLA ( stereolitografie și material jetting ).

Fig. 1. – Varia nta pentru matrițe interschimbabile compania From labs [8]

In figura 1 se identific ă 3 elemente distincte:
a) Semi -matrița realizata din rășina fromlabs ( hi gh temp ) prin tehnologie SL A

b) Piesa injectat ă, la care nu se cunosc nici materialul nici parametrii mași nii de injecție.
c) Placa aluminium in care sunt inserate semi matrițele.

Fig. 2. – Varianta pentru matrițe interschimbabile compania Stratasys
Pentru cel de al doilea model, figura 2 s-a folosi t digital ABS plus pentru tehnologia
material jetting .
In vederea realizării practice a unei piese fabricat e prin injecție in matrița, matrița cu
elemente structural e fabricate prin tehnologii aditive aseme nea figurilor 1 și 2 sunt necesare
următoarele echipamente și materiale:
• Echipamentul Formlabs Form 2 (vezi figura 1) cu un volum de 145 × 145 × 175 mm și
cu capacitatea de a dezvolta straturi de pana la 25 µm (25 , 50, 100, 200,300). [ 3]
• Rășina „High T emp Resi n” cu specificațiile din tabelul 2.1.
Tabelul 2.1 – Specificații tehnice răși na
Proprietate Mecanica Curățat Curățare +
tratare
termica Curățat + dubla
tratare termica Metoda
Rezistenta la tractiune 20.9 MP a 58.3 MPa 48.7 MPa ASTM D 638 -14
Alungi re la rupere 14 % 3.3 % 2.3 % ASTM D 638 -14
Dilatare termica 118.1 μm/m/
°C 79.6 μm/m/
°C 74.5 μm/m/ ° C ASTM E 831 -13
Deformare la caldura la
0,45 MPa 49 °C 120 °C 238 °C ASTM D 648 -16
Deformare la caldura la
1,8 MPa 44 °C 78 °C 101 °C ASTM D 648 -16
Din tabelul 2.1 s e poate extrage următoarea concluzie: Pentru aplicația curenta se va
utiliza cel puțin o tratare termic, dar se pot lua in vedere ambele variante pentru a trage concluzii
privind diferența de timp / calitate a produsului injectat intre cele doua tipuri de tratare termica.
[4]
• Echipamente pentru tratare termica.

• Matrița modulară. Meusburge r, un producător austriac recunoscut pe plan mondial,
fabricant de placi pentru matrițe și elemente structurale pentru acestea oferă matrițe in varianta
modulara a căror d imensi uni este satisfăcătoare aplicației curente [5].

Fig. 3. – Elemente interschimbabile Meusburger [6]
Tabelul 2.2 – Dimensi uni placi modulare
Nr. Crt. 1 2 3 4 5 6 7
b 100 100 130 130 170 170 210
l 140 190 180 230 220 270 260
B 156 156 196 196 246 246 296
L 196 246 246 296 296 346 346
Unde b și l sunt di mens iunile plăcilor interschimbabile, iar B și L sunt dimensi unile
plăcilor in care se montează plăcile interschimbabile.
Aplicația curenta impune ca dimensi unile plăcii sa se încadreze in 145 x 145 mm . [7]

Fig. 5. – Meusburger – Matrița cu placi int erschimbabile potrivita pentru piesa elementul obturator [7]

Fig. 6 – Meusburger – înlocuirea elementelor interschimbabile pentru fabricarea de alte produse [7]

3. Contribuții privind matrițe de injecție produse polimerice cu elemente structurale
fabricate prin tehnologii additive
Aceasta tehnologie se va aplica cu precădere pieselor din industria auto acolo unde exista
mai multe intrații pana se ajunge la designul si funcționalitatea finala a produsului , evident
pentru piesele care respecta condițiile tipodimensiunii.
In ansamblul unui autoturism , care este reprezentat de 30 % plastic , se va putea aplica
aceasta metoda de fabricare pentru următoarele tipuri de piese :
Detalii din zona p ostului de conducere – butoane de comanda / mâner acționarea ușă /
buton de acționare înmuietoare / elemente din ventilația autoturismului .
Elementul pe care s -a studiat soluția tehnica este o piesa din ansamblul obturatorului de
la ventilația AC, vezi figura 4

Fig. 4. – Element sistem ventilație
Acest timp de element trece adese prin schimbări ale designului si ale cotelor
dimensionale , ceea ce îndeamnă tot mai mult la utilizarea fabricării produsului in matrițe
modulate cu elemente interschimbabile .
Fabricarea in aceasta varianta reduce costu rile si timpul de producție, facilitând testarea
rapida a produsului . Se poate opta chiar pentru o reducere drastica a costurilor ,pentru ca pe
aceiași matrița modulara prin înlocuirea plăcilor interschimbabile se p ot fabrica piese precum
butoanele de comanda sau mânerul ușilor , vezi fig.5 si fig .6.
Fabricarea a ditiva a acestor elemente interschimbabile aduc pe lângă numeroasele
avantaje in ceea ce privește rapiditatea prin care sunt elabor ate matrițele de injecție pentru
produse polimerice si dezavantajul uzării rapide si un număr scăzut de piese ce se pot inject ă în

aceste cavități , ceea ce amplasează aceasta tehnologie in faza de dezvoltare a proiectelor ( in
perioa da in care pr odusul nu este definit 100%, perioada de teste ). Nu se dorește ca aceasta
tehnologie sa înloc uiască matrițele fabricate prin tehnologii clasice , ci se aspir ă către
perfecționarea produsului injectat, prin scurtarea timpilor de decizie ca rezultat al punctelor forte
ce sunt oferit e de tehnologia aditiva si a matrițelor cu elemente in terschimbabile .
Contribuția personală se remarc ă in utilizarea tehnologiei de fabricare aditiv ă pentru
matrițe de injecție pentru piese elemente ventilație autovehicul (vezi fig. 4)
Realizarea matriței piesei /pieselor pe ntru elemente ventilație autovehicul face tematica
continuării acestei lucrări , pen tru lucrarea de diploma .
4. Concluzii
Îmbinarea tehno logiei de injecție in matrița cu tehnologia de fabricarea aditiva, poate
conduce la economii uriașe in industrie, acolo unde este nevoie de mai multe integrații pana se
ajunge la un desi gn final al produsului ( cel puțin 3 -5 modificări ale formei produsul ui).
Economie care se propaga nu doar in bugetul companiei ci și in fondul de ti mp al acesteia.
Plăcile interschimbabile fabricate prin tehnologii aditive sunt utilizabile pentru anumite
tipodimensi uni de piese, conform tabelul ui 2.2
Producția produselor p olimerice trebuie sa fie scăzută întrucât uzura plăcilor
interschimbabile fabric ate prin tehnologii adi tive se manifesta rapid, la un număr scăzut de piese,
20 – 100.
Exista restricții in ceea ce privește complexitatea pieselor ce trebuie injectate, inclin area
suprafețelor pentru a facilita ieși rea din Semimatrițe trebuie sa fie cel p uțin 2ș fata de axa
principala. Nu se admit suprafețe care formează sub tăieturi ( undercut ) adică suprafețe care
generează alte axe fata de cea principala.
4. Bibligrafie
[1]. OPRAN Constantin Gheor ghe; 2017; Tehnologia produselor din materiale avansate, Îndrumar
laborator; Editura BREN; București, Romania ; pp.158; ISBN 978 -606-610-097-8; pp.158.
[2]. OPRAN Constantin Gheorghe; 2016; Tehnologii de injecție în matriță produse polimerice;
Editura Bren; București , Romania; pp.252; ISBN 978 -606-610-201-8; pp.253.
[3]. OPRAN Constantin Gheorghe; 2014; Tehnologii de injecție în matrițe , Îndrumar proiectare;
Editura Bren; București , Romania; pp.108; ISBN 978-606-610-085-4; pp.109.
[4]. OPRAN Constantin; NICOLAE Vasile; RACICOVSCHI Vasile; 2004; Biostructuri polimerice
degrdabile in mediu natural; VASILE GOLDIS University Press; ARAD, Romania; pp.146; ISBN
973-664-041-8.
[5]. From 2 User Gui de, Formlabs , 2018
[6]. High Temp Resi n DATA S HEET , 2019
[7]. Meusburger Cat alog Online , 2020
[8]. 3D HUBS – KNOW HOW