Scule soft indirecte ale unei matrițe din silicon pentru turnarea în vid

În acest studiu (Cheah et al. 2002a), fabricarea matriței a fost realizată printr-o abordare de scule soft rapide indirecte. În primul rând, un model principal a fost produs cu tehnica SL și a fost post-procesat cu atenție (lustruit și sablat) pentru a obține un finisaj bun al suprafeței. Acest lucru se datorează faptului că suprafața calitativă a pieselor turnate depinde de calitatea suprafeței modelului principal care, la rândul său, afectează calitatea suprafeței cavității matriței de siliciu (vezi Fig. 9a). În al doilea rând, rășina pentru scule compusă din 75% pulbere de aluminiu și 25% epoxi a fost utilizată pentru a obține miezul RT completat și jumătățile de matriță cu cavitate (vezi Fig. 9b). În cele din urmă, carcasele frontale ale telefoanelor mobile au fost produse cu rășină policarbonat/acrilonitril butadien-stiren (PC/ABS) (Fig. 9c) și PC pur (Fig. 9d).
In this study (Cheah et al. 2002a), mold fabrication was carried out via an indirect rapid soft tooling approach. Firstly, a master pattern was produced with the SL technique and was carefully post processed (polished and sand blasted) to achieve a good surface finish. This was because the surface quality of molded parts is dependent on the master pattern’s surface quality which in turn affects the surface quality of the silicon mold cavity (see Fig. 9a). Secondly, the tooling resin comprised of 75 % aluminum powder and 25 % epoxy was used to obtain the completed RT core and cavity mold halves (see Fig. 9b). Finally, mobile phone front housings were produced with polycarbonate/acrylonitrile butadiene styrene (PC/ABS) resin (Fig. 9c) and pure PC (Fig. 9d).

Tabelul 1 prezintă rezumatul comparației dintre RT și sculele convenționale din acest exemplu. RT în producție are timpi de realizare mult mai scurți și costuri de producție mai mici în comparație cu sculele convenționale. Costul și timpul de livrare au fost reduse cu până la 25% și, respectiv, 50% în acest exemplu. Beneficiile RT în producție sunt astfel extrem de dorite în etapa de dezvoltare a produsului, în special în faza inițială în care un număr semnificativ de modificări de proiectare vor fi efectuate după testele de evaluare. Erorile de proiectare pot fi detectate mai devreme, rezultând un design superior. În general, RT în producție reduce timpul ciclului de dezvoltare al unui produs nou. Trebuie remarcat faptul că pentru producția de masă, abordarea convențională care utilizează oțel pentru scule pentru fabricarea matrițelor este încă preferată în principal datorită rezistenței și durabilității sale ridicate în timpul procesului de turnare.
Table 1 shows the comparison summary between RT and conventional tooling in this example. RT in manufacturing has much shorter turnaround times and lower production costs as compared to conventional tooling. Cost and lead time were reduced by up to 25 % and 50 % respectively in this example. The benefits of RT in manufacturing are thus highly desirable in the product development stage, especially in the initial phase where a significant number of design changes will be carried out after evaluation tests. Errors in design can be detected earlier resulting in a superior design. Overall, RT in manufacturing reduces the development cycle time of a new product. It should be noted that for mass production, the conventional approach using tool steel for mold fabrication is still preferred mainly because of its high strength and durability during the molding process.

Scule rapide în formarea tablei

Scule rapide indirecte

În acest exemplu, sculele au fost produse direct și indirect și utilizate la formarea tablei. În metoda indirectă, modelele principale au fost produse cu procesul SLS și SL (Cheah și colab. 2002b; Du et al. 2002) așa cum se arată în Fig. 10a. Aceste modele principale au fost turnate în vid, astfel încât să poată fi produsă o matriță din cauciuc siliconic cu o cavitate (la fel ca modelul principal). Un amestec de aluminiu epoxidic este apoi turnat în cavitatea matriței din cauciuc siliconic pentru a crea sculele de aluminiu epoxidic care imită forma cavității (Fig. 10b). Aceste piese epoxidice din aluminiu sunt supuse ulterior unei întăriri pentru a îmbunătăți proprietățile mecanice. Aceste piese prezintă proprietăți similare cu cele ale aluminiului.
In this example, the tooling was produced directly and indirectly and used in sheet metal forming. In the indirect method, master patterns were produced with the SLS and SL process (Cheah et al. 2002b; Du et al. 2002) as shown in Fig. 10a. These master patterns were vacuum cast such that a silicon rubber mold with a cavity (the same of the master pattern) can be produced. An aluminum epoxy mixture is then poured into the silicon rubber mold cavity to create the aluminum epoxy tooling that follows the shape of the cavity (Fig. 10b). These aluminum epoxy parts undergo further curing to improve mechanical properties. These parts exhibit similar properties to that of aluminum.

Pentru a atinge dimensiunile și finisajele dorite, sculele au fost prelucrate și lustruite. La finalizarea pregătirii sculelor, sculele au fost asamblate și cu suporturi de matriță (Fig. 11a). O tablă de aluminiu cu grosimea de 0,4 mm a fost utilizată pentru a produce piesele așa cum se arată în Fig. 11b.
In order to achieve the desirable dimensions and finishing, the toolings were machined and polished. Upon the completion of the tooling preparation, the toolings were assembled and with die holders (Fig. 11a). A 0.4-mm-thick aluminum sheet metal was used to produce the parts as shown in Fig. 11b.

Ca rezultat al acestui studiu, timpul total petrecut pentru producerea acestor scule prin procesul SLS și SL a fost de 27 de ore și, respectiv, 29 de ore, comparativ cu sculele convenționale hard, care durează aproximativ 100 de ore. Pe de altă parte, costul producerii acestor scule prin procesele AM ​​a fost de aproximativ 150 USD, comparativ cu 3.000 USD în sculele convenționale.
As a result from this study, the total time spent on producing these tools by the SLS and SL process was 27 h and 29 h respectively compared to conventional hard tooling that takes roughly 100 h. On the other hand, the cost of producing these tools by the AM processes was around $150 compared to $3,000 in conventional hard tooling.

Scule rapide directe

Urmând același exemplu, aceleași matrițe pot fi produse direct și pentru formarea tablei metalice. După cum s-a explicat în secțiunea cu scule hard directe, piesele poansonului și inserției matrițelor care sunt ambele produse prin SLS (Fig. 12a) în acest exemplu trebuie să treacă prin pași de post-procesare pentru a îmbunătăți densitatea și proprietățile mecanice prin îndepărtarea liantului urmată de infiltrare (Fig. .12b).
Following the same example, the same molds can also be produced directly for metal sheeting forming. As explained in the direct hard tooling section, the punch and die insert parts that are both produced by SLS (Fig. 12a) in this example have to undergo post-processing steps to improve density and mechanical properties by binder removal followed by infiltration (Fig. 12b).

Poansonul și inserțiile de matriță finite au fost apoi utilizate pentru a produce mostre în relief realizate din tablă de aluminiu cu grosimea de 1,5 și 2 mm, prezentate în Fig. 13a și, respectiv, b. S-a observat că nu a existat o uzură semnificativă a sculei după 15 operații de ștanțare.
The finished punch and die inserts were then used to produce embossed samples made of aluminum sheet metal 1.5 and 2 mm in thickness shown in Fig. 13a and b respectively. It was observed that there was no significant tool wear after 15 stamping operations.

Timpul total petrecut în producerea directă a acestei scule pentru formarea tablei a fost de aproximativ 1 săptămână, iar costul total cheltuit a fost de 1.040 USD, comparativ cu 2,5 săptămâni și 3.000 USD în sculele hard convenționale.
The total time spent in directly producing this tool for metal sheet forming was approximately 1 week, and the total cost spent was $1,040 compared to 2.5 weeks and $3,000 in conventional hard tooling.

Scule rapide pentru turnare cu modele fuzibile

Turnarea cu modele fuzibile în RT este unică; acest lucru se datorează faptului că în turnarea cu modele fuzibile, modelul de ceară sau modelul de sacrificiu este distrus după o singură turnare. În RT direct, modelul de ceară produs durează o singură dată în turnarea cu model fuzibil și trebuie să fie produse mai multe modele de ceară pentru producția de volum mare. Acest lucru nu este fezabil deoarece fiecare model de ceară produs direct de AM poate dura mult timp. Pentru a depăși această problemă, o modalitate mai durabilă de a produce modele de ceară constă în abordarea indirectă pentru producerea unei matrițe pentru turnarea modelului de ceară care urmează să fie utilizat pentru turnarea cu model fuzibil.
Investment casting in RT is unique; this is because in investment casting, the wax pattern or sacrificial patter is destroyed upon a single cast. In direct RT, the wax pattern produced only lasts once in investment casting, and several wax patterns have to be produced for high volume production. This is not feasible as each wax pattern produced directly by AM may take a long time. To overcome this problem, a more sustainable way to produce wax patterns lies in the indirect approach for producing a mold to cast the wax pattern to be used for investment casting.

În acest exemplu, este prezentată abordarea indirectă a RT în turnarea cu modele fuzibile (Lee et al. 2004; Chua et al. 2005). În abordarea indirectă, un model principal este mai întâi produs cu procesul FDM. Cu referire la Fig. 6, este produsă o matriță din cauciuc siliconic cu o cavitate care urmează geometria modelului principal. Cu cavitatea matriței din cauciuc siliconic, este injectată ceară lichidă în cavitate pentru a lua forma modelului principal produs anterior cu procesul FDM. Această piesă de ceară astfel formată este partea de sacrificiu pentru turnarea cu model fuzibil (cu referire la Fig. 7). Se spune că matrița din cauciuc siliconic poate produce 40–50 de modele de ceară pentru turnarea cu modele fuzibile (Lee et al. 2004; Chua et al. 2005) (vezi Fig. 14).
In this example, the indirect approach of RT in investment casting is presented (Lee et al. 2004; Chua et al. 2005). In the indirect approach, a master pattern is first produced with the FDM process. With reference to Fig. 6, a silicon rubber mold is produced with a cavity that follows the geometry of the master pattern. With the silicon rubber mold cavity, liquid wax is injected into the cavity to form the shape of the master pattern produced earlier with the FDM process. This wax part formed this way is the sacrificial part for investment casting (with reference to Fig. 7). The silicon rubber mold is said to be able to produce 40–50 wax patterns for investment casting (Lee et al. 2004; Chua et al. 2005) (see Fig. 14).

Similar cu alte exemple, economiile de timp (2 săptămâni petrecute) și costuri (1.000 USD) au fost mai mari de 50% în comparație cu fabricarea de modele convenționale cu o matriță din metal (de obicei din oțel).
Similar to other examples, the time (2 weeks spent) and cost ($1,000) savings were more than 50 % compared to conventional pattern fabrication with a metal (usually steel) mold.