-Timp redus de fabricare [307116]

REZUMAT

Cu certitudine că companiile ce își vor dezvolta tehnologiile de fabricație vor avea câștig de cauză și iși vor menține statutul pe piață. Apariția pe piață a tehnologiilor prin adăugare de material s-a concretizat in anii 90, [anonimizat] a avansat rapid. AM-Additive Manufacturing s-a [anonimizat]. Țara noastră a luat primul contact cu aceste tehnlogii de adăugare de material în anul 1995, folosindu-se pentru producția de serie mică s-au pentru a realiza anumite piese prototip.

Încă de la început omul a [anonimizat], s-a documentat, a inventat, a analizat, a reazlizat si toate aceste numai pentru a-și ușura munca și a-si satisfice nevoile. [anonimizat], [anonimizat], mașina făcând totul.Practic întregul procedeu a devenit mult mai simplu și mai precis.În ziua de astăzi există tot mai multe firme mici producătoare de echipamente specific procedeului de adăugare de material „AM”.

În primul capitol se va exemplifica conținutul acestei cercetări bibliografice dar și generalități despre procedeele de fabricare moderne care activează pe piață la momentul actual.Putem afirma cu tărie că fabricația a fost și este parte din prioritățile oamenilor.Pentru a obține o [anonimizat], [anonimizat].

Realizarea pieselor prin tehnologii moderne de fabricație este un domeniu cu un grad mare de interes în present.[anonimizat].Tehnologiile noi au revoluționat tehnologiile de fabricație iar datorită avansării rapide a [anonimizat], [anonimizat] s-a produs foarte rapid.Avantajele acestor tehnologii prin adăgare de material sunt următoarele:

-Timp redus de fabricare;

-Consum redus de material;

-Precizie bună a piesei prelucrate;

-posibilitatea de executare a pieselor cu formă complexă;

-Costuri reduse;

-Limitarea spațiului de lucru (Pe o mașină se realizează toată piesa);

-Reducerea personalului de lucru;

În al doilea capitol al acestei cercetări bibliografice am încercat să evidențiez principalele metode modere de prelucrare ale pieselor care se folosesc în ziua de astăzi.Am definit materialele care sunt supuse prelucrările și strările în care se află acestea:[anonimizat], sub formă topită.Majoritatea acestor procedee funcționează pe baza fascicului de laser a carui intensitate este controlată cu ajutorul unui program.Programul folosește un software ce are rolul de a secționa modelele 3D în secțiuni tranzversale.

[anonimizat], [anonimizat].[anonimizat], cu un consum de material cât mai mic și cu un cost minim.Practic profitul fiecărei firme producătoare se leagă în mod direct de acest aspect, din acest motiv trebuie acordată o atenție deosebită acestor parametrii care pot influența în mod direct producția unei companii.

Prezenta lucrare exemplifică tehnologiile moderne de fabricație, prin adăugare de material. În ultimul capitol se teoretizează mașina de lucru LASERTEC 65 și studiul functional al acesteia. Tot în același capitol va avea loc analiza punctelor tari și punctelor slabe ale tehnologiei moderne prin adăugare de material și a mașinii LASERTEC 65, mașină hibrid ce funcționează în 5 axe. În partea a doua a lucrării intitulată „ Tehnlogii de fabricație” este elaborată piesa „Carcasă” prezentând fluxul tehnologic de fabricație, în primă faza pe tehnologii clasice urmând ca în a doua fază să fie prezentată realizarea piesei pe tehnologii moderne. Între aceste două faze se va exemplifica o comparației, atât din punct de vedere calitativ, cât și cantitativ.

ABSTRACT

Certainly, companies that will develop their manufacturing technologies will have a win-win situation and will maintain their status on the market. The emergence of technologies on the market through the addition of material materialized in the 1990s, but these changes have changed over the years due to the technology that has advanced fast. AM-Additive Manufacturing has been developed through in-depth research, which is becoming more and more used for the benefits it brings. Our country first came into contact with these material adding techniques in 1995, using small series production to make certain prototype parts.

From the very beginning man sought to achieve good results in a very short time, documented, invented, analyzed, reassembled and all of these only to ease his work and meet his needs. If at first man moved the work from one job to another and had to change the tools manually and adjust them the same way today, thanks to the technology, these things became very simple, pressing keys, the car doing everything. Practically the whole the process has become much simpler and more precise. Today, there are more and more small equipment manufacturers producing equipment specific to the "AM" material addition process.

In the first chapter we will illustrate the content of this bibliographic research as well as generalities about the modern manufacturing processes that are currently active on the market. We can state firmly that the manufacturing was and is part of the people's priorities. To get a high performance, any company seeks quality, price but also delivers the product to the customer in a very short time.

The production of parts by modern manufacturing technologies is a field of high interest in the present. Modern technologies contribute to the achievement of the parts with a great degree of complexity, in the shortest possible time. The new technologies have revolutionized the manufacturing technologies and thanks to the fast advancement the technology of leaping from classical processes, turning, milling etc. to those by adding material has produced very quickly. Advantages of these technologies by attaching material are the following:

– Reduced manufacturing time

– Reduced material consumption;

-Good precision of the workpiece;

– the possibility of executing complex parts;

– Reduced costs;

-Limitation of workspace (One piece is made on a machine);

-Reduction of work staff;

In the second chapter of this bibliographic research we have tried to highlight the main modest methods of machining of the pieces that are used today. I have defined the materials that are subjected to the processes and the losses in which they are: liquid state, The majority of these processes operate on the basis of a laser beam whose intensity is controlled by a program. The program uses a software to cut 3D models into transverse sections.
The following chapter will give you more insight into the two LOM and FDM processes, exemplifying to a large extent the factors that influence the precision of the final piece, the manufacturing time required to manufacture the piece, the waste disposal and the amount of material used to manufacture the desired piece. any company aims to produce quality parts in as little time as possible, with minimal consumption of material and at a minimal cost. Practically, the profit of each producing company is directly related to this aspect, which is why it should be granted a particular attention to these parameters that can directly influence the production of a company.

This paper exemplifies modern manufacturing technologies by adding material. The last chapter describes the LASERTEC 65 working machine and its functional study. Also in the same chapter will be analyzed the strengths and weaknesses of modern technology by adding material and the LASERTEC 65, a 5 axis automatic hybrid machine. In the second part of the paper titled "Manufacturing Technologies", the "Carcasa" piece is presented presenting the technological flow of production, in the first phase on classical technologies, and in the second stage the production of the piece on modern technologies is presented. Between these two phases, a comparison will be made, both qualitatively and quantitatively.

CAP 1. TEHNOLOGII DE FABRICARE PRIN ADĂUGARE DE MATERIAL

1.1.Generalități

În perioada anilor 90 a apărut grupa de tehnologii de prelucrare prin adăugare de material. Logic, nimeni nu ia nimic de la zero, iar aceste tehnologii s-au dezvoltat pe baza unor progrese făcute în domenii precum:mecanica fină, domeniul comenzilor numerice, domeniul laserelor etc.Termenul ce definește aceste tehnologii poarta numele de Additive Manufacturing au cunoscut o adevarată importanță și valoare prin firmele producatoare din ziua de astăzi, deoarece aceste tehnologii prin adăgare de material reduc timpii de realizare al pieselor iar costurile sunt unele foarte scăzute.

„Toate tehnologiile din această nouă grupă urmează anumiți pași de bază:

Se obține modelul CAD ce cuprinde o descriere completă a piesei, folosind un program CAD, un sistem de scanare industrial, un computer tomograf sau un RMN.

Transferarea modelului CAD spre procesul de secționare.Secționarea poate fi făcută, în multe cazuri, chiar de programul folosit pentru modelare.Cea mai comună metodă comună este aproximarea modelului cu elemente triunghiulare plane.

Modeul triunghiularizat este pregătit pentru secționare și construcție.Acestea pot fi două operații separate sau secționarea poate fi facută în timpul construcției.

Construcția piesei se realizează în mod specific fiecărui procedeu, iar modul de soluționare, individualizează fiecare procedeu prin:materialul ce va fi folosit, cum va fi adăugat noul strat, cum va fi adăugat stratul nou față de cel precedent, etc.

Curățarea și finisarea sunt operații în cadrul cărora se elimină suporturile folosite la construcție, materialul în excess au alte operații de prelucrare, prin care se urmărește îmbunătățirea preciziei dimensionale și a calității suprafețelor.” (Bâlc et.al.2014:16)

2.Clasificarea tehnologiilor de fabricației prin adăugare de material

În ziua de astăzi regăsim două posibilități de a clasifica aceste tehnologii.Prima dintre ele face referire la procedee de prelucrare sau solodificare și a doua se referă la metodele de construcție a formei.

Prima clasificare face referire la faptul că materia prima se poate regăsii sub formă:

-de pulberi (se vor folosii procedeele de sinterizare selectivă cu laser s-au lipire 3D cu ajutorul unui liant)

-solidă ( procedee cum ar fii topirea de interfereță )

-lichidă ( prelucrare cu particule balistice)

A doua clasificare, ce se referă la metodele prin care se obține forma pieselor se poate realiza:

-Direct în 3D (Punct cu punct, suprafață cu suprafață)

-Straturi successive în 2D (punct cu punct, suprafață cu suprafață)

1.2. Procese ce folosesc materia în stare lichidă.

Putem afirma că materia în stare solidă a fost prima formă de material ce a fost folosită în tehnologia de fabricare prin adăugare de material (Additive Manufacturing).Materialele folosite au fost câțiva polimeri, ce au dus la fabricarea unor prototipuri ce aveau proprietăți fizico-mecanice limitate.

Procesele de fabricație ce folosesc materia primă în stare lichidă, produc produse cu o calitate a suprafeței buna.Sistemele AM care folosesc materia primă în stare lichidă au o sursă de caldură ce scanează suprafața 2D a lichidului, impactul lor producând o solidificare care poate fi „ punct cu punct” sau „ suprafață cu suprafață”.În mod usual sursa de căldură este reprezentată de o undă laser ce are o mica putere.

Astăzi, anumite cercetări au dezvoltat metodele de transformare a materiei regasite în stare lichidă în stare solidă, metodele fiind electrice s-au chimice.Metodele noi de astăzi, vor implementa cu siguranță noi procese și vor deschide orizonturile pentru a aplica în domenii cât mai largi.Mai departe am sa prezint pe scurt, principalele procese ce folesc materia primă lichidă.

1.2.1.Stereolitografia

Generalități

Procedeul bazat pe polimerizarea unui lichid, este un bun exemplu pentru prelucrarea strat cu strat.În anul 1984, Charles Hull, a conceput acest procedeu cu ajutorul unui experiment practic din cadrul unui laborator. Dacă, ne întoarcem în trecut și constatăm că în anul 1990 exista un singur producător, astăzi, putem să numărăm zeci de producători ce realizează sisteme pentru stereolitografie. Precizăm, că orice sistem are același principiu de bază, anume, piesa este realizată pe o platformă orizontală, care este introdusă în polimerul lichid

Descriere procedeu de funcționare.

Procedeul de funcționare este bine structurat, alcătuit dintr-un laser, un sistem destinate scanării, rășina în stare lichidă, platforma și un piston.În primă fază se introduce un model în interiorul imprimantei, laserul urmărind pe fiecare strat un anumit tipar aflat în secțiune tranzversală.Pistonul execute o mișcare sus-jos și asigură realizarea fiecărui strat până când piesa este realizată. Astfel că, după solidificarea unui strat, piesa va fi scufundată cu o altă grosime în interiorul unui polimer.Procedeul are avantajul că poate realiza piesele în doua variante:

-prin solidificarea punct cu punct;

-prin solidificarea strat cu strat;

a)Solidificarea punct cu punct

Unul dintre cele mai numeroase sisteme pentru acest procedeu îl reprezintă solidificarea punct cu punct.Acesta funcționează cu ajutorul unei unde de laser ce are rolul de a scana suprafața materialului în stare lichidă ce are rolul de a „îngheța”anumite componente de volum ce poartă numele de voxeli, aceștia reprezentând pixeli tridimensionali.Privind în cazul laserului cu o putere mică, voxelul ce ia naștere este realizat punct cu punct lucru datorat unui sistem de comandă ce are rolul de a stopa unda laser pentru fiecare voxel în parte.În cazul laserilor care au putere mare se impun reducții s-au chiar opriri are undei între fiecare voxel.Acești voxeli sunt dispuși pe suprafață astfel încât sa fie asigarat contactul cu voxelii din stratul superior.Pentru a scurta timpul destinate solidificării, se recomandă solidificarea parțială a unei secțiuni tranzversale.Din acest motiv laserul va putea scana doar conturul din exterior, conturul din interior va fi hașurat cu o mulțime de limii astfel încât acestea să dea o bună rigiditate piesei.În final se va realiza soldificarea finală prin introducerea obiectului într-o încapere cu lumină ultravioletă.Aest tip reduce foarte mult timpul de realizare, însă dezvantajul este acela că precizia dimensionare suferă o scadere simțitoare, lucru datorat unor așa zise fenomene de contracție.

b)Solidificarea strat cu strat

Numărul unor sisteme destinate stereolitografiei folosesc solidificarea strat cu strat pentru o fază unicat.Secțiunea este luminată cu ajutorul unui șablon care este secțiunea obiectului supus prelucrării.Anumite sisteme folosesc un așa zis fotoploter, ce este pus în fața sistemului de stereolitografie , care are rolul generării unor șabloane obținute dintr-o folie din plastic, folie ce este fotosensibilă si transparentă.Cele mai cunoscute firme de astăzi sunt firmele Cubital și Maho, ce vând aceste sisteme în care șabloanele sunt construite electrostatic pentru o placă din sticlă ce este îmbrăcată într-un toner.Sistemul este avantajos deoarece placa de sticlă poate fi din nou utilizată pentru șabloanele ce urmează.Cercetând mai amănunțit acest sistem Cubital, aflăm ca acesta este un procedeu aparte, deoarece piesa este introdusă într-o baie de ceară.

3.Materiale utilizate și domenii de utilizare

Privind în trecut când se foloseau un număr restrâns de polimeri, cinci la număr, în ziua de astăzi numărul acestor polimeri speciali pentru stereolitografie a crescut simțitor.Datorită avansării tehnologiiei din ziua de astăzi au fost dezvoltate anumite rășini ce au rolul de a impune pieselor fabricate anumite proprietăți fizice și mecanice mari.Piața este dominate astăzi de anumite firme cum ar fi:SIGNAL, ALLIED, LOCTITE, care s-au focusat pe dezvoltarea acestor rășini care prezintă un punct de topire mic s-au cu o elasticitate superioară.

Piesele ce se obțin prin aceste procedee, care folosesc această tehnologie se pot încadra într-o gamă largă de variabte, de la un prototip până la realizarea unor echipamente destinate industriei din medicină.Procesele de astăzi au avansat simțitor, astfel că gama de produse realizate prin procesul de stereolitografie a avansat simțitor, dezvoltarea implementându-se pe toate planurile din industrie, mecanică, auto, aeronautică etc.

1.2.2.Procese bazate pe injecția materialelor în stare lichidă

1.Generalități

Sistemul reprezentativ pentru acest procedeu este Polyjet, ce a fost realizat și îmbunătățit de o firmă din Israel, Objet Geometries.Spunem că acest procedeu este unul hbrid ce combină procedeul descrs ma sus, steroltografia și injecția materialului pentru realizarea unei secțiuni.

2.Descriere procedeu de funcționare

Procesul se desfășoară în două etape:intr-o primă etapă avem un injector ce are în componența sa un numar de 8 duze ce face o mișcare de-alungul axei X depunând un strat de material foarte fin.A doua etapă constiue apariția unei surse de lumină ultraviolet, ce are rolul de a solidifica stratul depus de injector.Operația se repetă până la ultima sectiune pe care o are pies ace trebuie realizată.Acest process este condus de către un softuware specializat.Procesul are o gamă diversă de aplicabilitate și acționează până și în industria producătoare de jucării.

Figura 1(Principiul functional al procesului Polyjet)

3.Materiale utilzate și domenii de aplicabilitate

Procesul are o gamă diversă de aplicabilitate și acționează până și în industria producătoare de jucării.Se folosește pentru acestea deoarece are avantajul rapdității și elminarea completă a urmelor cum ar fi în cazul turnării.Cu siguranță, astăzi datorită tehnologiei aceste domenii se vor dezvolta simțitor.

1.2.3.Proces bazat pe înghețare rapidă a lichidului

Proces nou ce este încă în dezvoltare, în cercetare, el utilizând o sursă de răcire rapidă a apei.Acesta este un procedeu, ce realizează piesa la un preț redus, deoarece materia primă folosită este apa, totodată și echipamentele folosite fiind și ele relative ieftine.Procedeul bazat pe înghețarea rapidă nu este exploatat în ziua de astăzi, însă totul pare doar o formalitate până acesta va fi introdus din nou pe piață, deoarece este un procedeu rapid si ieftin, avantaje care sunt urmărite astăzi de toate firmele producătoare.

1.3.Procese ce folosesc materia în stare solidă.

Privind spre acest procedeu, descoperim că aceste materiale în stare solidă se găsesc sub formă de fire, folii și pastille.Aceste procedee au abilitatea de construe modelul fizic conform cu medelul virtual 3D.

1.3.1.Procese bazate pe extrudarea materialului (FDM)

Generaltăți

Procesele ce se bazează pe extrudarea de material folosesc mai multe materiale cum ar fi:poliamidă, nylon, ceară etc, materiale ce urmează a fi încălzite la o temperature cu câteva grade mai puțin decât temperature de topire.Procedeul cunoscut sub denumirea de FDM, a fost cercetat de către o firmă din Arizona, urmând ca mai apoi să fie îmbunătățit de către compania din SUA Stratasys.

Figura 2(Mașină ce funcționează după principiul FDM)

Descriere procedeu de funcționare

Spunem că procedeul este bazat pe încălzirea materialului depus, încălzire ce se face aproape de temperature de topire, urmată apoi de depunerea acestui material încălzit acolo unde trebuie, pentru a construi forma dorită.Totul constă în controlul riguros al temperaturii, care trebuie sa fie exactă de exemplu firul de ABS se încălzește la o temperature de 270 grade Celsius.În cadrul acest process se regăsește o duză prin care este materialul plastic trece, duză ce se poate deplasa în planul XOY împreună cu capul ce este încălzit, pe care se sprijină, întreaga mșcare fiind controlată de către un calculator.Avantajul este acela că piesa este așezată pe o masă ce are o mșcare verticală pe axa Z, mșcarea find drijată de către calculatorul mașinii.Datortă acestui lucru putem realza piese prin depunere de material acolo unde piesa are nevoie.Acest proces are nevoie de un echipament special și se execută în faze, asemănător cu celelalte procedee analizate.

a)Echipamentul necesar

Pentru a descrie acest procedeu, avem nevoie de o mașină FDM 1650 și de un calculator.Mărimeam maximă a pieselor ce se pot fabric ape această mașnă este de 250 mm.Calculatorul este conectat la mașină cu ajutorul unui program special RS-232. În următoarea figură va fi prezenta principiul de lucru al mașinii enumerate mai sus.

Figura 3(Modelul de funcționare pentru mașina FDM)

b)Procesul FDM

Pentru studiul acestui process am luat un fir de plastic și l-am încălzit la o temperatură mai mica cu un grad decât temperature de topire al plasticului, apoi materialul semilichid este introdus în straturi subțiri deoarece și în cazul acestui procedeu piesa este obținută prin straturi successive.De aici putem deduce că doar după terminarea completă a unui strat și solidificarea acestuia se poate trece la realizarea următorului strat.Se folosesc anumite suporturi care nu fac parte din piesa propriu-zisă, dar sunt necesare pentru susținerea materialului.Principalele avantaje ale acestui procedeu și ale acestei mașini sunt viteza mare de lucru si condițile de mari de siguranță în care funcționează mașina.Dezavantajul cel mai mare este acela că se obțin suprafețe ce nu au o calitate înaltă.

Materiale utilizate și domeni de utilizare

Domeniile în care activizează acest procedeu sunt:industria automobilelor, medicină, marketing, industria aerospațială, arhitectură etc.Pentru a reduce consumul de material și pentru a mării productivitatea, suporturile necesare pentru susținerea pieselor prezintă o structură lamelară.S-a constat ca în urma acestor procedee nu rezultă mult deșeu, practic consum de material redus ce va duce la scăderea costurilor.Avantajul acestor procedee putem spune că este acela reduceri deșerurilor, cantitatea de deșeuri fiind minimă.

1.3.2.Proces bazat pe tăierea de contur (LOM)

1.Generaltăți

Acest procedeu se realizează odată cu secționarea modelului 3D cu planul perpendicular pe axa Z, astfel ca vor rezulta o multitudine de secțiunii 2D.Toate datele ce rezultă vor fi trecute într-un fișier.Pentru acest procedeu se folosesc ca materie primă folii de material ce au pe o față un adeziv ce este încălzit pentru a putea fii lipite secțiunile intre ele.

2.Principiu de funcțonare

Principiul de funcționare al acestui proces este unul simplu și efficient.Folia se va lipi de cea de dinainte cu ajutorul unei role ce va apăsa pe ea, rolă ce va fi încălzită la 70 de grade Celsius.Pentru a realiza conturul exterior, se va folosii un fascicul laser ce dezvoltă o putere mică.Organizarea este una foarte bună alimentarea facându-se continuu, până când se va tăis ultima secțiune.Laserul folist se numește Laser LOM 1025, funționarea lui realizându-se cu dioxid de carbon la 25 de W focalizarea laserului fiind de 0,25 mm.Toate comenzile se execută cu ajutorul unui calculator ce prezintă o interfață atrăgătoare și simplă, programul ce funcționează pe 32 de biți numindu-se LOM Slice.

Printre principalele avantaje se numără posibilitatea de realizare a modelelor de dimensiuni mari și materialele ce sunt folosite fiind ieftine, însă, dezavantajul acestor procedee este cel ca piesele ce se obțin au o precizie scăzută a modelului.

3.Aplcații și domenii de utilizare

Putem regăsi acest procedeu în realizarea peselor din industria auto, s-au chiar a pieselor din medicină

Figura 4(Descrierea procesului de funcționare)

1.3.3.Proces bazat pe utilizarea sudării ultrasonice

1.Generaltăți

Acest procedeu, a luat naștere în anul 1999, gândind pentru prelucrarea rapidă a folilor de metal ce prezintă diferite calități.Solidica INC. a implementat procesului un sistem de CNC, fapt ce duce la prelucrarea pieselor ce prezintă o complexitate geometrică mare, piese ce nu pot fi prelucrate prin procedee obișnuite, clasice.Avantajele acestui procedeu se diferențiază față de celelalte prin simplul fapt că piesele supuse prelucrării se află în stare solidă, piesa trecând apoi în stare lichidă și semilichidă, lucru ce duce la obținerea unei precizii dimensionale foarte bune, mult mai bune decât în cazul celorlalte procedee AM (Additive Manufacturing).Echipamentul este unul hibrid și este format dintr-un sistem de sudare și CNC-ul care funcționează în trei axe.

2.Procedeul de funcționare

Această sudare se realizează în micropuncte de contact regăsite între cele 2 folii, fără a modifica structura lor cum se întîmpla la sudura clasică.

„Fazele procesului de fabricație sunt următoarele:

Așezarea și fixarea plăcii de bază pe care se va construi piesa;

Depunerea primei folii de material și presarea ei de către dispozitivul de sudare ultrasonică cu o forță relative scăzută;

Se depun următoarele folii, din același material sau materiale diferite, până se obține o anumită grosime a materialului depus, după care sistemul defrezare CNC înlătură matlerialul în exces sau prelucrează prin așchiere anumite forme geometrice;

Repetarea acestor faze (depunere folii-prelucrare prin așchiere), până la construcția integrală a piesei și desprinderea ei de pe placa pe care a fost construită.” (Bâlc et.al.2014.52)

În figura de ma jos este exemplificată sudarea foliilor, unde se poate vedea ca un cilndru ce are rolul de a apăsa pe straturile piesei totodată producând o vbrație ce are o ampltudine foarte mică.Această energie dată de vibrații se va transforma în puncte de contact între cele două folii, zona sudată având o caltate foarte bună.

Figura 5(Sudarea ultrasonică)

3.Materiale și domenii de utilzare

Materialele din care se construiesc piesele pot fi: aluminiu, cupru, titan.Cel mai des acest procedeu este folosit în industria automobilelor, industria militară si ce aeronautică.Prind procesul UC remarcăm ca aplcațiile au o deschidere mare cuprinzând foarte multe domenii.Unele domeni le regăsim în industria maselor plastic, industria materialelor metalice.Unele aliaje cum ar fi nitroniul pot fi introduse într-o matrță confecțonată din aluminiu astfel obținându-se piese „genial”.

1.4.Procese ce folosesc materia sub formă de pulberi.

Stând să analizăm cu atenție saltul pe care tehnologia la făcut în ziua de astăzi, putem remarca ca utilizarea materiei prime sub formă de pulberi a cunosc o bună importanță pentru industrie.Lucrul acesta este datorat în principal utilizării tot mai dese a pulberilor cum ar fi:pulberi metalice, de poliamidă, ceramice etc.

Putem spune că aceste tehnologii sunt asemănătoare cu celelalte privind modul și principiul de lucru, singura diferentă fiind aceea că materia primă utilizată este sub formă de pulberi.

1.4.1.Sinterizarea selective cu laser (SLS)

1.Generalități

Procedeu dezvoltat de către dr.Carl Deckard care active ca professor la Universitatea Texas din Austi, în jurul anilor 80.Primele echipamente specific acestui process au fost realizate și puse în vânzare în anul 1996.

Putem afirma că acest procedeu este asemănător cu stereolitografia cu o singură remarcă importantă, aceea, ca materia primă în stare lichidă este înlocuită cu o pulbere monocomponent s-au o pulbere bicomponent.

Figura 6(Laser Sinter)

2.Descriere procedeu de funcționare

Cum rezultă din figura de mai jos, observăm că si în acest caz se discută despre un procedeu termic ce este bazat pe puterea unui laser pentru a putea lipii s-au topii particulele de material folosite.

Figura 7(Procedeul de funționare pentru sinterizarea selective cu laser)

Procedeul funcționează pe modelul depunerilor straturilor successive.Un bun avntaj pe care îl are acest procedeu de sinterizare selectivă cu laser este că nu prezintă nevoia de a construi suporturi, deoarece stratul depus înainte devine suport pentru următorul strat ce trebuie realizat.După finalizarea procesului, piesa fiind realizată, va fi necesar un timp, uneori îndelungat, pentru a reduce temperature pe care o are volumul de pulbere. O caracteristică a acestui procedeu estea aceea ca procesul se realizează în două etape.O primă etapă în care cu ajtorul fasciculului de laser se obține o piesă crudă, fragile ce va trebui introdusă în interiorul unui cuptor.Introducerea în cuptor a piesei costituie a doua operației în care se produce sudura particulelor din metal fapt ce duce la solidificarea asamblării.

După aceste doua etape se realizează o piesă ce are o compoziție cu pori ce prezintă o densitate aproximativ de 80% , proprietățile mecanice și fizice fiind foarte bune deoarece piesele obținute prin acest procedeu pot fi folosite direct dupa fabricare.Aceste piese pot fi prelucrate mai apoi prin tehnologii clasice cu scopul de a obține o precizie mult mai bună și o calitate înaltă cu privier la suprafața piesei, aceste procedee pot fi:frezare, strunjire etc.

3.Materiale utilizate și domenii de utilizare

Materialele folosite pentru procesul de sinterizare selctivă cu laser sunt:

-pulberi de poliamidă;

-pulberi metalice;

-pulberi cu zinconiu;

-pulberi cu cuarț;

Folosirea polberilor de poliamidă în compoziție cu pulberile din zinconiu și cu un laser care are o viteză mica de scanare, dă garanția că se pot obține piese în stadiul final.Pulberile din metal folosite pentru acest procedeu are o carcateristică foarte important ce face referire la faptul că pulberea este tratată cu

Figura 8(Piese obținute pein SLS)

1.4.2.Tipărirea tridemensională

1.Generalități

După anul 2003 această metodă a devenit una din cele mai folosite procedee de fabricație, fapt ce a dus la creșterea numărului de fruurnizori și la stabilirea unor costuri de fabricație foarte reduse, procedeu ieftin.Procesul a fost stabilit în anul 1993 la Insititutul de Tehnologie Massachusetts.Acest procedeu de tipărire dimensională creează piese prin solidificarea straturilor de pulberi, straturi succesive și utilizeaz un adeziv ce se găsește în stare lichidă.Putem spune că procedeul se aseamănă foarte mult cu sinterizarea selctivă cu laser, descrisă mai sus, cu o singură diferență și anume că laserul este înlocuit cu o tehnlogie de „tipărire”.Acest procedeu folosește o tehnologie cunoscută și întâlnită la imprimantele cu jet cu cerneală, la fel cum se tipărește scrisul pe o coala de hârtie așa se tipărește si fiecare strat al piesei ce urmează să fie realizate.

2.Procedeu de funcționare

Acest procedeu necesită o atenție mare în vederea distribuirii pulberii, deoarece această trebuie să fie uniform, operația se face cu ajutorul unei role ce face o deplasare orizontală.Cantitatea de pulbere ce va rămane se va strange într-un contoiner și refolosită pentru depunerea următoarelor secțiuni.

În special precizia si calitatea suprafețelor piesei sunt dependente de mărimea capetelor folosite pentru depunere, de dimensiunea jetului și de calitatea pe care o prezintă adezivul. Recomandările ce se fac sunt acelea ca să se optimizeze foarte mult spațiul disponibil, astfel că se pot prelucra mai multe piese simultan.Acest procedeu se distinge de celelalte prin proprietatea de a realiza piese în culori distincte, din acest motiv sistemul este aproape identic cu cel al unei imprimante color cu jet de cerneală.Sistemul se foloște de adezivi colorați (verde, roșu, maro, portocaliu, negru)astfel că se pot obține piese în diferite culori.Acest process de tipărire tridimensională realizeză o cantitate mică de deșeuri deoarece pulberea ce rămâne neutilizată poate fi reutilizată pentru obținerea altor piese.

Figura 9(Procedeul tipăririi tridimensionale)

Procedeul este construit din mai multe etape:

-Depunerea pulberii (se face cu ajutorul unui cilindru/role ce are rolul de a nivela stratul de pulbere depus)

-Lipirea pulberii (se execute cu ajutorul fascicului de laser)

-Coborarea platformei

-Stadiul intermediar

-Lipirea ultimului strat

-Obținerea piesei finale

Când ultima parte a fost depusă, baza pe care piesa a fost realizată se ridică, pulberea ce este în plus se va inlătura ( se va depune într-un container pentru a putea fi reutilizată), se ia obiectul de pe platformă și se va curăța de pulbere prin suflare cu aer comprimat ( se face acest lucru pentru suprafața interioară a piesei).

Procedeul ce se aseamănă cu Tipărirea tridimensională este acela care face referire la turnare, procedeu ce are nevoie de un model CAD pentru piesa ce se dorește să se realizeze.

3.Materiale utilizate și domenii de realizare

Se pot utiliza urmatoarele tipuri de materiale ce sunt găsite sub formă de pulberi:

-Materiale plastice;

-Materiale speciale;

-Materiale metalice;

Figura 10(Piese obținute prin tipărirea tridimensională)

1.4.3.Topirea selective cu laser

1.Generalități

Etapa cea mai înaltă a sinterizării selective bazate pe folosirea laserului a fost consemnată de către topirea selective cu laser (SLM).Acest procedeu are ca element de start un model 3D, însă fasciculul de laser folosit față de celelate procedee are o putere mult mai mare.Procedeul de topire selctivă cu laser are rădacini încă din anul 1995 de la un institut din Aachen.Cei doi doctori W.Meiners si D.Fockele au cercetat si modernizat acest process, dar ei au si deschis anumiite firme producătoare de echipamente care activează și în ziua de astăzi.

Figure 11 (Topire selective cu laser)

2.Descriere procedeu de funcționare

Acest procedeu se realizează prin secționare piesei, construirea imaginilor 2D pentru secțiunile realizate și implementarea lor într-un fișier.Procedeul începe cu depunerea primului strat de pulbere, repetându-se cu sinterizarea selectivă cu laser, până la creearea ultimei secțiuni.Sistemele specifice acestui procedeu au nevoie de un laser ce are capacitatea dea exercita o putere mare 150-250 W, chiar si peste aceste valori.Datorită acestui lucru, procedeul de sinterizare cu laser se deosebește de celelalte procedee prin faptul ca pulberea nu este doar sinterizată ci este topită, acest lucru facilitând legătura dintre particule, ea realizându-se în stare topită.Lucrul îmbucurător este acela că piesa ce este obținută are proprietăți fizico-mecanice asemănătoare cu cele obținute prin procedee clasice.În orașul Cluj-Napoca, la Universitatea tehnică se regăsește o mașina ce funcționează pe acest sistem de topire selctivă cu laser Realizer 250.

Una din caracteristicile importante ale procesului descris este acea că sunt necesare suporturi de susținere a pieselor ce urmează să fie prelucrate.Sistemul cuprinde un sistem de nivelar ce are rolul de a nivela stratul de pulbere din camera de lucru, un laser de o putere mare și un scanner care are imaginile 2D și o platforma de lucru pe care este așezată piesa, toate acestea fiind evidențiate în imaginea de mai jos.

Figura 12(Procedeul de funcționare reprezentativ pentru topirea selective cu laser)

Tot din aceeași familie mai fac parte și procedeele DMLS ( Direct Metal Laser Sintering) și LENS (Lase Engineered Net Shaping).

Primul process enumerate a fost realizat în anul 1995 de către o firmă din Germania ce purta denumirea de EOS.Acestă firmă cunoște astăzi apogeul ei maxim pe piață deoarece este una dintre cele mai de succes companii creatoare de echipamente pentru acest domeniu.Procedeul DMLS funcționează identic ca și cel de topire selctivă cu laser descries mai sus.Laser care asigură topirea pieselor are în acest caz o putere de 400 de W.În cazul acestui procedeu se utilizează pulberi de metal foarte fine, din acest motiv nu vom mai regăsii peliculerizarea ca și în cazul topirii selective cu laser.Procedeul se execute într- singură operație și pe o singură mașină de lucru.

Cel de-al doilea procedeu specificat, procedeul LENS, a luat naștere în SUA prin anii 2000.Procedeul este identic cu cele descries mai sus, doar ca laserul utilizat dezvolta o putere de 4 KW.Diferența acestuia este acea ca nu se mai deplasează laserul, acesta fiind fix, ci masa mașinii pe care este fixate pies ace urmează a fi prelucrată.

Figura 13(Sistemul LENS)

Alimentarea se face de regulă cu materie primă găsită sub formă de pulbere, însă unerori se mai folosește și cea sub formă de fire.Pulberea este dusă în zona de lucru cu ajutorul unei cap pentru depunere ce prezintă o formă aproximativ conică, tot acest cap ajută și la focalizarea laserului.Toate acestea se fac pentru o secțiune, ciclul repetându-se pentru toate celelalte până când piesa este finalizată.Tot procesul se execute într-o cameră în care atmosfera este controlată, în general cu argon, pentru a împiedica ca stratul depus să se oxideze și pentru a da piesei finale proprietăți foarte bune.

Acest proces funcționeză pe baza echipamentelor create de firma Optomec, echipamente ce îi confer avantajul de a creea piese cu o configurație foarte complex.Avantajul mare pe care îl are procedeul LENS este acela că se poate adăuga un strat de material peste altul deja existend, lucru ce il face foarte util deoarece oferă posibilitatea reparării unor piese, cum ar fi:scule, turbine etc.

3.Materiale utilizate și domenii de aplicare

Pentru aceste procedee se folosesc diferite materiale sun formă de pulberi și sub formă de fire subțiri (va duce la schimbarea capului de depunere), cum ar fi:

-Oțeluri de scule;

-Oțeluri inoxidabile;

-Titan;

-Nichel;

-Cobalt

Domeniile de aplicabilitate pentru aceste procese sunt foarte largi și conferă avantajul că se pot obține piese cu proprietăți fizico-mecanice identice cu cele obținute prin procedee clasice.Se pot obține piese în domenii multiple, de la industrie până la medicină

Figura 14(Exemple de piese obținute)

1.4.5.Topirea cu flux de electroni

1.Generalități

Universitatea Chalmers sitată în Suedia a descoperit și dezvoltat acest procedeu de topire cu flux de electroni.Procedeul are multe în comun cu sinterizarea selctivă cu laser și cu topirea selctivă cu laser cu diferența că în cazul acestui procedeu laserul este schimbat cu un flux de electroni ce pot avea o putere de până la 4 KW.

2.Procedeul de funcționare

Acest procedeu de topire cu flux de electroni se realizează prin construirea unui flux de electroni care are aproape jumătate din viteza luminii, iar topirea materialului sub formă de pulbere este topită datorită energiei cinetice.În anul 2003 a fost livrat primul echipament necesar pentru acest procedeu.Spunem că și acest procedeu funcționează la fel folosind un model 3D ce este salvat ca un fișier .stl.

Figura 15(Elementele sistemului EBM)

Acest procedeu se realizează într-o cameră vacuumată în funcție de materialul care este supus prelucrării.

Figura 16(Procedeul de funcționare EBM)

Principiul de funcționare al acestui procedeu este descries in figura de mai sus, acest procedeu se realizează cu ajutorul unei role de nivelare ce are rolul de a nivela pulberea de material ce urmează a fi depusă, iar cu ajutorul tunului de electroni se va forma un fasciciul de electroni ce are rolul de a forma un cordon de sudură.În acest process electronii sunt emiși de un filament ce are o temperature de 2500 grade Celsius, care sunt dispuși către catod cu o viteză de aproximativ jumatate din viteza luminii.Fascicolul de electroni este dirigjat de către o lentrilă, iar câteva bobine dirijează deplasarea în planul XOY.În momentul când acest fascicol de electroni intră în contact cu stratul de pulberi va duce la topirea acestuia .

Întreg procesul se desfășoară în vacuum pentru ca piesa să fie protejată, să nu se oxideze și să-I inducă acestuia caracteristici metalice bune.După ce un strat este depus în totalitatea, platforma trebuie să coboare pentru ca următorul strat să fie depus și tot așa până când piesa este realizată complet.După finalizarea procedeului, atunci când piesa este gata, aceasta va putea fi supusă unor tratamente termice, si unor plerucrări în plus pentru a obține anumite suprafețe dorite.Față de alte procedee cunoscute, acetsa de topire cu flux de electroni nu necesită construirea unor suporturi, deoarece pulberea ce se află în plus devine un support pentru următoarea secțiune.

3.Materiale utilizate și domenii de aplicabilitate

Dezavantajul acestor procedee este acela ca se pot prelucra numai materiale ce au o conductibilitate electrică.În general pentru acest procedeu de topire cu flux de electroni se vor folosii pulberii metalice,Domeniile de utilizare pentru aceste procedee sunt unele mai restranse, cum ar fi :industria auto, electrică etc.

Exemple de piese fabricate prin acest procedeu.

CAP 2.FOLOSIREA TEHNOLOGIILOR LOM ȘI FDM ÎN VEDEREA OBȚINERII MODELELOR DE TURNĂTORIE

2.1Generalități

Precizăm că proceseul de turnare este alcătuit dintr-o succesiune de operații, în care avem un material în stare lichidă ce urmează să fie turnat intr-un orificiu, și mia apoi umplut.Prin procesul de turnare se va obține forma exterioară a piesei.

În unele cazuri piesele prezintă goluri, ele fiind realizate cu miezuri, ce au o anumită compoziție, deoarece acestea sunt introduce în interiorul piesei pentru ca golurile dorite să fie realizate.

Modele de turnare sunt împărțite astfel:

-modele permanente ( sunt cele mai folosite și se realizează din lemn, metal, material plastic etc.)

-modele temporare (sunt folosite o singură data și sunt realizate din ceară, parafină etc)

Astăzi aceste tehnologii AM au oferit în ziua de astăzi o variant rapidă, ieftină și uneori foarte precisă.

2.2.Fabricarea modelelor de turnătorie ce se obțin prin procedeul LOM-1015

Procedeul LOM-1015 este realizat din 3 etape:

-Etapa de preprocesare;

-Etapa de construcție;

-Etapa de postprocesare;

Prima etapă de preprocesare are la bază următoarele operații:

-Producerea modelului CAD și a imaginii ce trebuie realizate;

-Separarea datelor de intrare;

Aceste operații sunt executate de către programul LOMSlice, program ce se ocupă și de controlul mașinii.În această etapă, modelul cad este realizat binar sau ASCII și este analizat de programul numit mai sus, fapt ce va genera o structură de date necesara pentru realizarea operațiiei următoare.Cu ajutorul acestui program, LOMSlice, se pot realiza anumite transformări geometrice cu privier la modelul CAD:translații, rotații, oglindiri etc.

A doua etapă de construcție propriu-zisă, este definite prin „sudarea” straturilor depuse cu ajutorul unui Laser.Această etapă funcționează după un ciclu:

Acest program LOMSlice face o secțiune a piesei virtuale 3D, pentru a se putea creea conturul exterior al piesei.

Laserul este controlat de către calculator, iar puterea și viteza de mișcare a razei produse de către laser sunt alese astfel încât adâncirea pe care se produce tăierea să fie aceeași cu grosimea stratului,

Straturile depuse sunt așezate pe o platformă ce coboară făcând posibilitatea ca materialul să avanseze.Atunci când un nou strat este realizat, platform ava reveni la poziția inițială pentru ca stratul nous ă fie lipit de cele existente înainte folosind o rolă ce are o mișcare de la stanga la dreapta, ea având rolul de a presa.

La final regăsim un sensor ce are rolul de a măsura pachetul de straturi și de a trimite informația către progroamul LOMSlice.

A treia etapă, etapa de postprocesare face referire la desprinderea piesei de pe support și apoi de a fi supusă unor operații suplimentare.Aceste procedee suplimentare, care pot fi de finisare se vor aplica în funcție de materialul din care este construită piesa, dacă piesa este construită din lemn, atunci putem avea: șlefuire, vopsire, lăcuire etc.

2.2.1.Elemente ce influențează precizia de formare a piesei.

Cei mai importanți factori cunoscuți pentru procedeul LOM-1015 sunt:

-Punerea în spațiul de lucru al mașinii al modelului CAD;

-Precizia pe care o are modelul CAD;

-Mărimea pe care o are materialul utilizat pentru obținerea piesei;

-Viteza necesară tăierii;

-Puterea Laserului;

a)Punerea în spațiul de lucru al mașinii al modelului CAD este foarte important deoarece aceasta poate influența precizia pe care o va avea piesa finală.Este recomandat ca cele mai importante suprafețe pe care le are piesa să fie înclinate cu planul unde se face operația.

b)Precizia pe care o are modelul CAD are un rol foarte mare în precizia finală a piesei, deoarece, dacă modelul 3D nu este precis, atunci piesa finală va avea anumite abateri, pies ava fi necorespunzătoare.

c)Mărimea pe care o are materialul pentru realizarea unui perete al piesei, are o influență asupra piesei prin efectul numit„effect de treaptă”.Deci, cu cât avem un strat mai gros de material cu atât vom obține o piesă mai imperfect.

d)Puterea laserului influențează precizia piesei finale datorită faptului ca poate lasă o urmă pe piesă chiar dacă programul LOM dispune de indicator capabil să impiedice acest lucru.

e)Viteza necesară tăierii influențează precizia piesei deoarece depinde si de puterea razei pe care o are laserul.Astfel, se pot creea doua fenomene:

-Când viteza este mica si puterea mare, apare fenomenul de supratăiere;

-Când viteza este mare si puterea mica, apare fenomenul de subtăiere;

2.2.2.Timpul de execuție al piesei prin procedeul LOM-1015

Timpul prin care piesa obținută prin procedeul Lom-1015 este influențat de către următorii factori:

-Grosimea materialui din care piesa urmează a fi confecționată;

-Orientarea piesei;

-Gabaritul piesei;

-Numrul fețelor;

a)Gabaritul piesei

Timpul necesar pentru realizarea unei piese este mai mare cu cât piesa are dimensiuni mai mari.Dacă avem doua piese de aceleași dimensiuni însă forma lor diferând, atunci timpul pentru piesa cu formă mai complex va fi mult mia mare decât la piesa cealaltă.

b)Orientarea piesei

Această orientare a piesei în spațiul de lucru poate inflența timpul de execuție al piesei prin distanța pe care va merge raza laserului atunci când va trebui să prelucreze o secțiune.Ca să explic mai bine acest lucru, voi prezenta un exemplu în care avem un cub ce are fețele paralele cu axele mașini.Cubul va fi introdus într-un paralelipiped ce va avaea latura egala cu lungimea laturii cubului, astfel ca vom obține o lungime a deplasării razei laserului, însă, dacă rotim cubul iar laturile acestuia numai sunt paralele cu axele mașini, atunci paralelipipedul va avea o mărime mai mare ce va determina ca si lungimea pe care se deplasează raza laserului să fie mult mai mare.

c)Grosimea materialului din care este confecționată piesa

Hârtia este unul dintre cele mai utilizate materiale din ziua de astăzi.Când avem o grosime mai mare obținem un interval de timp mai mic, însă și o calitate mai mică.În cadrul procedeului LOM-1015 se folosesc mai multe tipuri de hârtie.Pentru aceste tipuri de hârtie, în general, producătorul oferă parametrii optimi pentru mașină, deoarece aceștia influențează timpul final de realizare al piesei.

e)Numărul fețelor pe care îl prezintă modelul CAD

În cazul acesta trebuie să ținem cont de distanța dintre mărimea aproximată și suprafața aproximată să fie cât mai mica.Dacă obiectul ce trebuie realizat are multe dintre suprafețe curbe, pentru a avea o bună aproximare se vor folosi anumite petice triunghiulare ce trebuiue să aive dimensiuni reduse puntru a se putea folosii cât mia multe.

Atunci când programul LOMSlice gășeste conturul piesei el nu face decât să producă o intersecție între un plan orizontal și modelul CAD.În momentul acestei interesecții se obțin foarte multe segmente, fiecare fiind mai apoi tratat individual.În funcție de aceste segmente se va impune o viteză de tăiere, daca avem un segment de dimensiuni mici, atunci acesta va avea o viteză mica de tăiere.

f)Parametrii sistemului

Parametrii care influențează realizarea piesei pot fi:

-Viteza de avans a materialului;

-Poziția pe care o are piesa;

-Viteza cu care se deplasează rola;

-Lungimea pe care o parcurge platforma atunci când se retrage;

-etc

Datorită acestora, timpul de realizare al piesei poate fi influențat simțitor, astfel că este nevoie de o documentație amănunțită pentru aobține piesa într-un timp cât mai scurt.

g)Viteza de tăiere a laserului

Parametrul enunțat face referire la rapiditatea cu care raza laserului se mișcă.În general, această viteză este stabilită de către programul LOMSlice.Pentru a obține un timp de realizare cât mai mic se poate modifica viteza de tâiere a laserului, lucru ce va duce automat și la modificarea puterii acestuia.

h)Viteza de deplasare a platformei

Atunci când ne gândim la viteza de deplasare a platformei deduce ca aceasta este data de viteza cu care aceasta se retrage atunci când este necesară eliberarea traseului de material.Dacă alegem o viteză mare de deplasare a platformei, automat vom obține un timp mai redus de realizare a piesei dorite.

i)Viteza materialui

Parametrul acesta se refera la viteza cu care materialul avansează după ce s-a stability conturul piesei.Putem scurta timpul de realizare al piesei dacă mărim acest parametru.

j)Viteza pe care o are rola de încălzire și nivelare

Această viteză se referă la rapiditatea cu care rola se mișcă pentru a se putea lipi stratul depus de cele deja existente.Dacă marim această viteză putem să obținem un timp mult mai scurt pentru realizarea piesei finale, însă sa observant că dacă avem o viteză exagerat de mare lipirea nu se va produce corespunzător iar piesa ar putea avea de suferit.

2.2.3.Impactul orientării piesei pentru eliminarea deșeurilor

Atunci când se execută ultima operație, cea de postprocesare, eliminarea surplusului de material, al deșeului consumă cel mai mult timp.Dacă piesa are o calitate superioară înlăturarea deșeului va fi foarte ușoară.Pentru ca această înlăturare de surplus de material să se execute ușor va fi necesară înclinarea piesei sun un anumit unghi.

Pentru a exemplifica foarte bine această inflență pe care orientarea piesei o are asupra îndepărtării deșeului, am luat următorul exemplu:S-au luat piese poliedrice și s-au construit modele 3D pentru acestea.La piesele poliedrice modelul CAD este la fel cu cel original.Piesele poliedrice au fost prelucrate cu ajutorul programului LOM-1015 cu ajutorul următorilor parametrii.

Tabelul 1

După ce piesele au fost prelucrate s- a obținut un timp de aproximativ 6 ore.După aceste prelucrări s-au constatat următoarele aspecte:

În cazul când avem fețe ce au o înclinație peste 25 de grade se poate observa o calitate a suprafeței bună și o bună eliminare a deșeului.

Dacă fețele au un unghi mai mare de 15 grade, eliminare deșeului se face foarte ușor.

Dacă avem fețe cu o înclinație de peste 10 grade, înlăturarea materialului în surplus, a deșeului se face greu.

Atunci când avem fețe paralele, deșeul se elimină foarte greu, fapt ce poate duce la degradarea suprafețelor.

2.2.4.Precizia modelului CAD

Pentru a înțelege mai bine rolul preciziei modelului CAD în proceseul de prelucrare al unei piese, am luat următorul exemplu.S-au ales trei piese, un cub, cilindru și o sferă, toate avaând o lungime s-au un diametru de 50 mm.Ca să putem prelucra piesele, s-a folosit programul LOMSlice, iar fișierele.stl au fost date cu două valori pentru săgeata maximă:0,01 și 0,001.Pentru aceste prelucrări s-au folosit următorii parametrii:viteza de tăiere, puterea laserului, viteza pe care o are rola, temperatura pe care o are rola, numărul straturilor depuse etc.După finalizarea întregului proiect s-a stabilit un timp de prelucrare de aproximativ 9,5 ore.

După finalizare s-au executat două măsurători:-prima la 27℃ și 62% umiditatea aerului;

-cea de-a doua la 25,5℃ și 57% umiditate;

După ce s-a efectuat prima măsurătoare s-au executat câteva prelucrări suplimentare cu o hârtie abrazivă, apoi suprafețele pieselor au vost vopsite cu 3 straturi de vopsea urmând ca la final sa fie acoperite cu două straturi de lac.

Pentru a doua măsuratoare s-au obținut următoarele date ce vor fi prezentate în următoarele tabele:

Figura 18(Date statistice 1)

Figura 19(Date statistice 2)

Din aceste tabele observăm că atunci când valoarea este sub 0,01, precizia piesei finale obținută după prelucrare nu este infleunțată.

2.3.5.Posibilitatea de îmbunătățire pentru calitatea suprafețelor

Folosind procedeul LOM-1015 ce folosește ca material hârtia se vor obține piese ce au aceași compoziție ca lemnul.pentru a prelucra suprafețele și pentru a le îmbunătății se vor folosii procedee de finisare specific lemnului.Piesele care se realizează prin procedeul AM, prezintă o complexitate mare, motiv pentru care se va folosii finisarea manual.Pentru a putea vedea care este diferența dintre o suprafață finisată și una nefinisată, vom lua doua piese care au fost fabricate prin aceleași procedee.Pentru una din piese s-a folosit un procedeu de finisare folosind hârtie abraziva iar pentru cealaltă nu.După ce șlefuirea piesei a fost gata, cele doua piese au fost vopsite apoi date cu lac.S-a constatat că piesa ce a fost supusă unei oprerații de finisare va acea o calitate mult mai bună a suprafeței ce va fi prezentată mai jos.

Figura 20(Date statistice 3)

Astfel am constatat că:

-Piesele ce se realizeză prin acest procedeu LOM, sunt finisate manual cu hârtie abrazivâ;

-Pentru a evita deteriorarea suprafețelor, piesele se vor acoperii cu lac înainte de șlefuire;

-După ce piesele au fost șlefuite și acoperite cu vopsea și lac, s-a constat ca suprafața acestora a fost îmbunătățită simțitor;

2.3.6.Utilizarea modelelor LOM pentru a realiza forme necesare turnarii

Metodele AM sunt cele mai simple și mai bune metode de turnare pentru a înlocui modelele clasice și vechi construite din lemn.Pentru a vedea cât de bune sunt fomele turnate prin procedeul LOM, s-au efectuat mai multe încercări bazate pe următoarele:

-la început s-au modelat 3D ale pieselor după desenle de execuție ale pieselor;

-cu ajutorul procedeului LOM-1015 s-au construe piesele dorite;

-piesele realizate au fost îmbrăcate în două straturi de lac;

-piesle au fost supuse procedeului de finisare cu o hârtie abraziva de granulație diferită (K80, K120 și K240);

-după aceste șlefuiri cu hârtie abrazivă, piesele au fost acoperite cu trei straturi de vopsea;

-după aceste straturi de vopsea și după finisare s-a constatat că piesel au o rugozitate de 3,2 µm;

-piesle au fost puse pe plăcile pentru formare;

-datorită acestor placă formate cu ajutorul pieselor s-au executat 20 de forme umplute cu fontă;

Exemplu de piesă obținuă prin turnare.

Figura 21(Exemplu de piesă realizată prin procedeul LOM)

La final după ce piesele au fost turnate s-a observant că:

Suprafața pieselor nu a suferit nivio modificare după cele 20 de formări;

Comportarea lor a fost la fel chiar dacă unghiul de înclinare a fost diferit;

Aceste modele LOM pot fi utilizate ca modele de înlocuire pentru cele din lemn atunci când producția este de serie mică s-au de serie unicat;

Zonele care nu au prezentat o finisare bună au influențat forma ;

2.3.Realizarea modelelor destinate turnătoriei utilizând sistemul FDM-1650

Acest procedeu de fabricație FDM-1650 a fost înființat de către firma Stratays în anul 1992, procedeul se bazează pe fabricarea pieselor prin depunere de material în stare topită.Procesul acestui tip este alcătuit din trei etape:

-etapa de prepocesare;

-etapa de constucție propriu-zisă;

-etapa de postprocesare;

1.Etapa de prepocesare

Etapa aceasta cuprinde introducerea modelului CAD al piesei în programul QuickSlice (mașina FDM primește codul pentru comandă de șla acest program).După ce aceste date au fost introduce in interiorul programului, se va face orientarea in spațiul de realizare al mașinii pentru ca piesa sa aiva un timp cât mai mic de realizare și o cantitate de material cât mai redusă.Orientarea acestor piese în spațiul de lucru se face folosind funcțiile programului ( translație, rotire, etc).

Atunci când piesa este orientate se va face secționarea cu planuri ce sunt paralele cu planul în care mașina lucrează obținându-se curbe ce poartă numele de perimetre.Dimensiunea de secționare se alege în funcție de materialul ce urmează să fie utilizat.Cu ajutorul acestor curbe programul QuickSlice generează traseul pe care capul de extrudare trebuie sa îl parcurgă pentru a realiza secțiunea dorită.Suporții sunt generați de tot același program.Atunci când traseele sunt finalizate, operația finală este reprezentată de salvarea datelor într-un fișier.

2.Etapa de construcție propriu-zisă

În interiorul acestei etape piesa suferă un process de realizare strat cu strat, trecând prin fazele următoare:

-Mașina dispune de un cap de depunere ce are rolul de a depune un material după curbele care arată perimetrul secțiunii;

-Atunci când aceste perimetre au fost definite, se va depune materialul pentru acele zone unde este nevoie;

-Dacă se dorește depunerea unui material suport se va folosi o a doua duză;

-Atunci când întreaga secțiune este gata, platforma va coborâ;

-Secțiunea următoare va trece prin aceiași pași;

Această etapă se va termina atunci când ultima secțiune este realizată.

3.Etapa de postprocesare

Această etapă funcționează după următoarele etape:

-Desprinderea piesei de pe platformă;

-Se va elimina piesa ce a fost realizată de pe support;

-Eliminarea suporților pe care îi are piesa;

-Dacă este cazul piesa ar trebui să fie corectată acolo unde este nevoie;

-Operația finală este șlefuirea piesei și se face cu ajutorul unei hârtii abrasive, urmate de vopsire, lăcuire etc:

2.3.1.Factorii care influențează precizia de realizare a piesei

Se cunosc următorii factori ce influențează precizia de obținere a piesei dorite:orientarea în spațiul de lucru, complexitatea piesei, diametrul duzei prin care este introdus materialul, tipul materialului utilizat, finetețea piesei, precizia pe care o are fișierul.stl, distanța pe care o are piesa între secțiuni, etc.

În continuare vor fi prezentați mai amănunțit fiecare factor ce împiedică precizia de realizare a piesei.

Precizia pe care o are fișierul .stl

Acest parametru influențează piesa finală prin faptul ca prezența unei calități scăzute a fișierului, adică acesta are abateri mari de la modelul CAD poate duce la obținerea unei piese care sa nu mai corespundă cu cerințele de la început.

Punerea în spațiul destinat lucrului

Această orientare este foarte importantă deoarece influențează precizia de execuție a piesei, din acest motiv se dorește ca prima data sa se execute suprafețele ce pot fi obținute prin conturare.

Diametrul pe care duza îl are pentru introducearea materialului

Acest parametru are o influență simțitoare asupra piesei obținute deoarece ca prin această duză se controlează grosimea pe care o are firul de material depus.Dacă duza are un diametru mai mare, va rezulta un mărime mai amre pentru firul de material ce trebuie depus, lucru ce va împiedica procedeele finale de finisare.

Mărimea piesei

Piesele de se încadrează într-un cub cu latruile de 250 mm se pot realiza dintr- o singură bucată utilizând programul FDM-1650.Însă, dacă piesa este mult mai mare și nu poate fi introdusă în interiorul cubului, atunci această se va executa din mai multe bucăți.Dacă comparăm o piesă obținută dintr-o singură bucată cu una din mai multe bucăți observăm că piesa dintr-o singură bucată este mult mai precisă.Pentru piesele ce se execute din mai multe operații se vor realiza suporturi care vor poziționa și fixa piesa.

Complexitatea pe care o are piesa

Dacă piesa finală ce trebuie obținută este una complexă ce are în componența ei elemente mici, ,mai mici decât dimensiunea pe care o are firul de material ce trebuie depus atunci exită riscul ca aceste detalii să fie pierdute.

Materialul utilizat

Materialul din care piesa este piesa realizată poate influența simțitor obținerea piesei deoarece el dă diametrul pe care îl poate avea duza de extrudare.

Distanța dintre secțiunile modelului

Dacă avem o distanță mai mare între secțiuni vom obține o piesă imprecise ce nu va respecta cerințele impuse la început, chiar dacă modelul a prezentat o calitate mare.

2.3.2. Factorii care influențează timpul de execuție al piesei prin procedeul FDM

Factorii care influențează timpul de obținere al piesei sunt in număr de 4:Dimensiunile pe care le are piesa ce trebuie prelucrată, stabilirea poziției piesei în timpul prelucrării, Pasul pentru secționare și complexitatea pe care o are pies ace urmează să fie realizată.

1.Dimensiunile pe care le are piesa

Cu cât piesa ce urmează a fi fabricată prin procedeul FDM-1650 este mai mare cu atât timpul de realizare va fi și el mai mare.Practic timpul de execuție al unei piese depinde în mod direct de mărimea pe care piesa o are.

2.Stabilirea poziției piesei în timpul realizării lui

Această poziționare corespunzătoare pentru piesa supusă procedeelor de fabricație poate duce la scăderea simțitoare a timpului de realizare.O modalitate de a reduce timpul de realizare este de a micșora numărul straturilor ce urmează a fi depuse.Ca sa avem un timp cât mia mic se recomandă ca piesa să aiva un număr cât mia mic de suporturi.

3.Pasul pentru secționare

Acest parametru influențează in mod direct timpul de realizare al piesei, deoarece programul QuickSlice nu are posibilitatea de a secționa modelul folosint o secționare adaptive, adică să utilizeze o secționare care are un pas variabil.

4.Complexitatea piesei ce urmează să fie realizată

Cu cât piesa este mai complex cu atât putem spune că timpul de execuție al acesteia este mult mai mare, deoarece se va folosi o cantitate de material mult mai mare.Daca avem o piesă masivă se va realiza doar învelișul astfel că pies ava avea goluri în interiorul ei, acest lucru va duce la scăderea timpului de execuție pentru piesa finală.

Pentru a obține o piesă în condiții normale operatorul trebuie să țină cont de toți acești parametrii, astfel va reuși să obțină un timp optim de realizare.

2.3.3. Posibilități de scădere a cantității de material cu ajutorul sistemului FDM

Pentru a studia acest lucru vom lua trei piese sub formă de cub, de cilindru si de sferă, piesele fiind masive.

Figura 22(Piese necesare exemplului)

Piesele enumerate mai sus vor avea următoarele dimensiuni:10,50,100 și 150 mm.Poziționarea acestor piese s-a realizat astfel încât să se obțină un număr cât mai mic de suporturi.În cazul pieselor sub forma de sferă și cilindru s-au utilizat două valori ale săgeții maxime:0,01 și 0,001.Pasul cu care se va face secționarea va avea trei valori:0,1778, 0,2540 și 0,3556 mm.Duza folosită va avea un diametru de aproximativ 0,305 iar materialul utilizat este P-400 ABS.Astfel s a constatat ca cele mai bune valori au fost obținute pentru valoarea de 0,01.

CAP 3.TEHNOLOGII MODERNE DE PRELUCRARE CU AJUTORUL FASCICULULUI DE LASER

3.1.Generalități

Astăzi, putem afirma, ca tehnologiile neconvenționale reprezintă una din cele mai importante părți ale modurilor de prelucrare ce sunt folosite in industria construcților de mașini, un exemplu concret îl reprezintă prelucrările cu fascicul laser.Aceste tehnologii, în ziua de astăzi sunt utilizate în special pentru a obține piese cu suprafețe complexe ce nu pot fi realizate cu ajutorul unor procedee clasice.

Prelucrarea prin eroziune cu radiații:

-cu fascicul de electroni;

-cu fascicul de ioni:

-cu laser;

3.2. Tehnologii de prelucrare cu fascicul laser

Abordând cu atenție metodele de prelucrare cu ajutorul laserului, am ajuns la concluzia că fasciculul de laser se obține cu ajutorul unei substanțe ce se numește mediu activ.Ca principale proprietăți ale fasciculului de laser sunt enumerate urmatoarele:

Monocromaticitatea;

Directivitatea;

Mediul active, se găsește sub forma unor bare ( medii active în stare solidă) și sub forma unor amestecuri de gaze ( medii active în stare gazoasă) (Slătineanu.2000:30)

3.2.1Mașina Laser tec 65

Există posibilitatea de utilizare ca element de noutate pe care se lucrează atât prin tehnologii additive cât și prin tehnologii clasice de prelucrare în 5 axe.O astfel de mașină va fi prezentată în ceea ce urmează.

În ultima perioadă anumite tehnici, anume, tehnologiile additive și tehnologiile de fabricație prin adăugare de material au primit o atenție deosebită, lucru datorat capacității lor de a analiza anumite avantaje ale tehnologiilor în cauză. Analizând anumiți factori de intrare : forța de munca, bugetul, sarcinile operatorului etc, vom demonstra avantajele acestor tehnologii moderne în comparație cu cele clasice (Newman et al. 2015:467).

Mașina hybrid LASERTEC 65 3D, este o mașină în 5 axe ce are la bază un software prietenos ușor de accesat, cu o interfață orientate spre operatorul de lucru si o integrare CELOS.Cu ajutorul acestui software se generează un program ce poate fi verificat cu ajutorul unor simulări astfel operatorul va putea observa că piesa se realizează după criteriile cerute, respectând forma și dimensiunile impuse.În componența ei cuprinde aproximativ 60 de senzori ce ajută la monitorizarea si supravegherea procesului de lucru, mașina cuprinde fluxuri digitale de lucru. Vom avea:

Deplasare pe X:735 mm

Deplasare pe Y:650 mm

Deplasare pe Z:560 mm

Greutatea maximă pe masa:600 kg

Diametru masa:650 mm

Table 2

Mașina funționează după principiul strat după strat, tehnică asemănatoare cu cea a sudării, prezentând o alimentare cu pulberi metalice (Sukjin et al. 2017:3355). În ziua de astăzi afirmăm cu tărie că procedeele pe care le execută mașina lasert tec 65 dezvoltă noi metode de prelucrare a preciziei cu laser pentru suprafete ce prezintă structuri complicate cu fomre complexe s -au inscripții și găuri pe piese, fiind intinse pe aproximativ 5 domenii. Astăzi fabricarea de aditivi deblochează oportunități pentru a obține prototipuri și componente ce sunt obținute din anumite materiale metalice ce au o performanță ridicată. Soluția hibrid dezvoltată astăzi este una unică pe piața mondială ce foloșeste o alimentare cu pulberi din acest motiv aceste procedee au avansat simțitor pentru că în trecut datorită limitării producției de aditivi se executau doar piese unicat s-au de mărimi mici. Pulberea din metal este „sudată” la baza materialului în straturi (nu se obțin crăpături), iar după răcirea materialului metalic straturile realizate pot fi prelucrate mecanic, pentru a obține precizia și forma dorită operații executate tot pe mașina prezentată.

Datorită faptului că mașina este hibrid permițând atât prelucrări cu fascicul laser cât și prin procedee clasice se obțin piese ce au calitate a suprafeței bună și o precizie superioară.Cu ajutorul mașinii LASERTEC se obțin piese, conturări, gravuri, inscripții toate la cel mai bun nivel și cu o uzură minimă a sculelor.Aceste prelucrări bazate pe prelucrarea cu laserul și-au cunoscut dezvoltarea în ultimii ani.Mașina LASERTEC 65 3D are avantajul că duza de pulbere și capul necesar pentru realizarea frezării pot fi schimbate oricând, astfel că se pot realiza piese ce prezintă o formă complexă.Hibridul în cazul de față, funcționează în 5 axe și a fost destinat producerii pieselor de dimensiuni mari.Practic evoluția mare cunoscută de această mașină estea acea de sudare cu ajutorul laserului și frezare, adică piesa este realizată apropae de forma finală.

Figura 24(Descriere procedeu de realizare)

În ziua de astăzi folosirea laserului a devenit din ce în ce mai importantă în industrie, astfel încât s-au stabilitt anumiți parametri de process care fac ca procesul să fie foarte efficient. Mașina LASERTEC 65 3D utilizează pulberea Incomel 718 ce se găseste in comerț. Putem afirma ca se va face un studiu care ne va arata anumiți factori de care trebuie să se țină seama pentru a avea o funcționare în parametrii normali .În general sistemele hybride sunt constituite pe CNC, acestea fiind dezvoltate în mare măsura pentru piesele metalice, ce prezintă un grad mare de prelucrabilitate (Bax et al. 2018:487).

Principiul de funționare este descries în următoarea figură.

Figura 25(Procedeu de funcțioanre)

Stabilirea parametrilor se face cu ajutorul interfeței simple și prietenoase pe care o prezintă mașina. Programarea și controlul

Programarea și controlul mașinii hibrid se face cu ajutorul unui calculator prin care operatorul poate dirija întregul proces.Puterea laserului pe care o dezvoltă mașina exemplificată de noi este de aproximativ 2.500 W.Mașina prezentată pentru studiul meu bibliografic foloșeste tehnologia selctivă cu laser (SLM).

-parametrii pot fi calculații automat, procesul durând cateva minute;

-se pot calcula caracteristicele mecanice pentru materialul pe care l-am selectat;

-ajustarea anumitor parametri cum ar fi:

Poți schimba grosimea stratului;

Modificarea solicitărilor (densitate, tensiuni etc);

Reciclarea pulberii.

Materialele pe care le utilizeazate pot fi:

Aluminiu;

Titan;

CM24 LC

Oțel inoxidabil;

Oțel pentru scule;

Crom;

Aceste procese ce se realizează cu ajutorul fascicului de laser, cum este și cazul mașinii prezentate mai sus, folosesc materia primă sub formă de pulbere, lucru avantajos deoarece se reduc costurile cu depozitarea materialului, cu transportul sau cu alimentarea lui pentru mașina de lucru proceseul devenind foarte simplu.Materia primă constitue unul dintre factorii cei mai importanți pentreu orice prodicător, deoarece ea „dirijează întreaga activitate” pe care o companie o desfăsoară.

Figura 27(Piese realizate cu ajutorul mașinii LASERTEC 65)

Conform imaginii de mai sus, folosind procedeul descries se pot obține prototipuri din industria aeronautica, medicală, automobilelor etc.

Figura 28 (Prototiăuri de piese)

Avantajos pentru acest procedeu este faptul că el se poate utiliza și pentru repararea unor componente din domeniile de aplicabilitate enumerate mai sus.

Figura 29(Procedeul de reparare al pieselor)

Pentru a exemplifica și a înțelege mai bine acest procedeu s-a luat următorul exemplu și anume realizarea următoarei piesei cu ajutorul acesstei mașini hibrid.

Figura 29(Model de piesa realizat pe mașina LASERTEC 65)

Piesa de mai sus a fost realizată după următoarele etape:

1.Se realizează baza inelului cilindric

Figura 30

2.Generarea flanșei la un unghi de 90°

Figura 31

3.Se frezează suprafața plană și se realizează conturul exterior.

Figura 32

4.Prelucrarea flanșei

Figura 33

5.Se continua generarea cilindrului

Figura 34

6.Se construiește secțiunea

Figura 35

7.Construirea pâlniei conice cu ajutorul laserului

Figura 36

8.Se generează cea dea doua secțiune

Figura 37

9.Se fabrică cei 12 conectori

Figura 38

10.Frezarea conectorilor

Figura 38

11.Se frezează flanșa și conturul interior

Figura 39

12.Se realizează buzunarele interioare

Figura 40

CAP 4.CONCLUZII

După efectuarea acestui studiu bibliografic am ajuns la următoarele concluzii:

-omul este într-o continua mișcare privind îmbunătățirea și ușurarea muncii pe care o are de executat;

-simplificarea procedeelor de obținere a pieselor;

-realizarea cu ușurință a pieselor cu formă complex și cu suprafețe ce prezintă calitate înaltă;

-realizarea unor echipamente si mașinii ce utilizează un consum minim de material;

-rapiditatea rezlizării pieselor dorite, astfel încât producătorul să poată realiza comenziile în cel mai scurt timp către client, satisfăcându-l pe acesta și astfel asigurând profitul droit.

Prezenta cercetare bibliografică a urmărit exemplificarea procedeelor prin adăugare de material, procedee predominante astăzi.Aceste procedee au fost studiate pe tot parcursul lucrări, în capitolul unu s-au prezentat procedeele de funcționare în funcție de starea materialului ce urmează a fi utilizat în executarea piesei.Al doilea capitol pune în evidență două dintre aceste procede, LOM și FDM și realizarea unor piese de turnătorie cu ajutorul lor.Practic in al doilea capitol s-au evidențiat parametrii ce intervin în procedeul de fabricare și influența lor asupra acestora.

În finalul lucrării, s-a prezentat o metodă bazată pe o mașină regasită la noi în Sibiu, în cadrul firmei COMPA SA, mașina hibrid LASERTEC 65 ce funcționează in 5 axe și un exemplu de piesă realizată cu aceasta.