ابزارسازي سريع روشي براي ساخت قطعات پيش‌توليد يا نمونه‌هاي قطعي با تيراژ محدود

ابزارسازي معمولا فرايندي طولاني و پرهزينه است و كيفيت بالاي مورد نياز باعث طولاني شدن زمان توليد مي‌شود. ابزارها غالباً داراي شكل هندسي پيچيده‌اي هستند و بايد از نظر ابعادي داراي دقت بالايي باشند. همچنين براي توليد قطعات با تعداد زياد نياز به ابزارهايي با مقاومت در برابر سايش و نياز به تجهيزات مختلف سخت‌افزاري از جمله ماشين‌آلات، جيگ، فيكسچرها، گيره‌ها و ابزار خاص مي‌باشد. معمولا فرايند توليد محصولي با تيراژ بالا، زمان‌بر و هزينه‌بر است و گران‌تمام مي‌شود. به همين دليل براي اطمينان از صحت طراحي و يا انجام اصلاحات مورد نياز و همچنين پيش‌گيري از صرف هزينه‌هاي اصلاح‌بر روي قالب يا ابزار طراحي شده پس از ساخت و يا درخواست سرعت بيشتر و تقليل هزينه‌هاي توسعه، ابزارسازي و قالب‌سازي سريع مركز توجه بسياري از سازندگان و طراحان قرار گرفته است. با توليد تعدادي نمونه براي تاييد نهايي طراحي و انجام اصلاحات قبل از توليد انبوه مي‌توان اقدام كرد كه به اين مرحله از توليد، توليد پايلوت مي‌گويند.

با اين روش مي‌توان قطعات و يا نمونه‌ها را در مدت زماني كوتاه به وسيله تكنولوژي RP توليد كرد و بعد از تاييد نهايي محصول و يا تاييد صحت محصول حاصل از طراحي، اقدام به ساخت تجهيزات براي توليد انبوه كرد. با اين روش در ساخت و يا اصلاح طراحي، صرفه‌جويي بسياري صورت خواهد گرفت. براي رفع نياز پروژه‌هاي تحقيقاتي به تعداد محدودي قطعه طراحي شده براي مونتاژ يا تعداد محدودي قطعه، شبيه مدل اصلي با جنس مشابه نياز است و مي‌توان آن را به روش ابزارسازي با قالب RP ساخت و از آن بهره‌برداري كرد.

در مجموع عواملي نظير كاهش زمان ساخت ابزار، كاهش هزينه توليد، امكان‌پذير بودن توليد آزمايشي قطعات پيش از توليد انبوه و انتقال مستقيم اطلاعات CAD، شماري از مزاياي بهره‌برداري از ابزارسازي سريع است.

 

انواع روش‌هاي ابزارسازي سريع

ابزارسازي غيرمستقيم

روش‌هاي ابزارسازي سريع به چند گروه نظير مستقيم و غيرمستقيم و يا به شاخه‌هاي قالب‌سازي سخت، نيمه‌سخت و نرم دسته‌بندي شده‌اند. معمولا در روش‌هاي قالب‌سازي سخت، امكان ساخت قطعات با تيراژ بالا امكان‌پذير است.

در ابزارسازي غيرمستقيم ما به مدلي اصلي[1] نيازداريم كه آن مدل با يكي از روش‌هاي RP توليد مي‌شود و پس از آن مي‌توان قالبي از جنس سيليكون رابر، رزين اپوكسي، فلز نقطه‌ذوب پايين يا سراميكي را از الگوي اصلي به دست آورد و از آن قطعه گرفت.

در اينجا دسته‌اي از روش‌هاي قالب‌سازي غيرمستقيم و نرم به شما معرفي خواهد شد.

در اين روش‌ها قالب توسط انسان و ماشين به طور توأمان ساخته مي‌شود و نمونه الگو توسط يكي از روش‌هاي توليد يا توسط دستگاه‌هاي نمونه‌سازي سريع ساخته مي‌شوند. دقت مدل اصلي بستگي به طي مراحل و روش ساخت آن دارد.

در اينجا دسته‌اي از روش‌هاي ابزارسازي سريع غيرمستقيم و نرم ذكر مي‌شود و پس از آن به روش RTV خواهيم پرداخت.

1. قالب‌هاي لاستيك سيليكوني RTV

2. قالب‌گيري تزريقي انعكاسي

3. ريخته‌گري در خلأ

4. قالب‌گيري تزريقي با موم

5. ريخته‌گري دقيق

6. قالب‌هاي رزيني

7. پاشش فولاد

8. فرايند انجماد سريع

9. قالب‌هاي گچي

10. شكل‌دهي الكتريكي

11. روش CKT

12. 3D- كلتول

 

روش RTV

يكي از رايج‌ترين روش‌هاي قالب‌سازي سريع غيرمستقيم، روش RTV است. اين روش ساخت يك قالب لاستيكي از جنس سيليكون رابر و ريختن پلي اورتان مايع در دستگاه خلأ در داخل قالب است كه فرايند فوق را Vacuum Casting يا ريخته‌گري در خلأ مي‌نامند. در اين روش پس از ساخت قالب از روي يك الگو يا نمونه مي‌توانيم با ريختن رزين‌هاي مايع پلي اورتان قطعاتي شبيه پلاستيك‌هاي عمومي مانند PMMA، PP، ABS، PA و ... و يا موم قطعاتي در تيراژ محدود (حدود 25 قطعه) را توليد كنيم. البته براي توليد قطعات با جنس موم با توجه به فرم مدل، امكان توليد تعداد بيشتري قطعه وجود دارد.

رزين‌هاي ريخته‌گري شامل پلي اول و ايزوسيونات مي‌باشند و اگر در هوا مخلوط شوند توليد گاز مي‌كنند و به شكل متخلخل درمي‌آيند. بنابراين لازم است تا اين رزين‌ها در خلأ تركيب شده و داخل قالب ريخته شوند و در نهايت براي خشك شدن مي‌بايست در دماي پخت قرار گيرند.

در حال حاضر، دسته كاملي از پلاستيك‌ها و رزين‌ها براي ريخته‌گري در خلأ موجود و در دسترس است تا پاسخگوي نيازهاي توليدكنندگان باشد. در ادامه تعدادي از اين خواص ارائه شده است.

· لاستيك‌هاي نرم قابل انعطاف يا پلاستيك‌هاي سخت

· لاستيك‌ها و رزين‌هاي شفاف با قابليت عبور نور

· مواد قابل استفاده براي ظروف غذايي

· مواد با قابليت ضربه‌پذيري بالا و مقاوم در برابر فرسودگي و فرسايش

· دسته‌اي از مواد با خواصي شبيه‌ ترموپلاستيك‌ها مانند: TPR، PP، ABS، PMMA، TPE پلي‌كربنات و بعضي ديگر از خواص مورد نياز.

· رزين‌هايي با قابليت پشت‌سرگذاري تست‌هاي اشتعال UL 94 V/0.

 

مراحل كار

با ظهور تكنيك‌هاي نمونه‌سازي سريع مدل‌هاي اصلي اغلب توسط روش‌هاي نويني نظير: FDM, SLA, SLS و به روش CAD/CAM و دستگاه CNC كه رايج‌ترين شيوه براي توليد و يا ساخت مدل‌هاي مرجع با دقت بالا به شمار مي‌آيند ساخته و توليد مي‌شوند.

در روش RTV از سيليكون رابرهاي مات يا شفاف كه ماده‌اي پرمصرف و نسبتا گران قيمت است استفاده مي‌شود كه با پركردن اطراف مدل اصلي مي‌توان به قالب آن قطعه دست يافت. معمولا روش قالب‌گيري اين دو نوع سيليكون كمي متفاوت است. فرايند ساخت قالب مي‌تواند طي يك و يا دو مرحله انجام شود.

در اينجا به صورت مختصر با مراحل اين شيوه ابزارسازي با سيليكون شفاف و ريخته‌گري در خلأ با رزين‌هاي پلي‌اورتان آشنا مي‌شويد.

1. اولين مرحله ساخت الگوي مرجع با استفاده از روش‌هاي نمونه‌سازي سريع نظير: FDM, SLA, SLS و يا با دستگاه‌هاي CNC و غيره مي‌باشد.

2. خط‌هاي جدايشي توسط چسب‌هاي نواري با ضخامت كم بر روي الگو تعيين مي‌شود. سپس الگو در جعبه‌اي چوبي يا پلاستيكي راهگاه‌گذاري شده و به صورت معلق نگه داشته مي‌شود.

3. سيليكون با جزء سخت‌كننده تركيب شده و بعد از هواگيري داخل جعبه ريخته مي‌شود.

4. قالب در دماي محيط 24 ساعته خشك مي‌شود و براي تسريع در فرايند خشك شدن مي‌توان قالب را در كوره 40 درجه به مدت شش ساعت و 60 درجه به مدت دو ساعت قرار داد تا كاملا خشك شود.

5. با برش سيليكون مدل اصلي از داخل قالب بيرون كشيده مي‌شود.

6. وزن مورد نياز رزين پلي‌اورتان اندازه‌گيري شده و احيانا رنگ مورد نياز به تركيب آن اضافه مي‌شود. سپس قالب، آب‌بندي و بسته مي‌شود.

7. به وسيله تجهيزات كنترلي و رايانه‌اي رزين در داخل محفظه خلأ تركيب و هواگيري شده و داخل قالب ريخته مي‌شود.

8. بعد از ريخته‌گري رزين، قالب از دستگاه خارج مي‌شود و با توجه به نوع رزين براي پخت به مدت چهل دقيقه تا دو ساعت در كوره قرار مي‌گيرد.

9. بعد از سخت شدن، قطعه ريخته‌گري شده از داخل قالب بيرون آورده مي‌شود. خروجي‌هاي هوا و راهگاه ورود رزين قطعه بريده شده و در صورت لزوم مي‌توان قطعات را با رنگ‌بندي توليد كرد و يا در صورت نياز مي‌توان قطعات را بعد از ساخت با پوشش‌هاي مختلف رنگ‌آميزي يا كرم‌كاري كرد تا به قطعه‌اي شبيه مدل اصلي دست يافت.

 

روش RTV- VACUUM CASTING

 

مزاياي روش RTV

· به علت نرم بودن قالب امكان تهيه ابزار توسط مدل‌هايي با پيچيدگي‌ها و ظرايف زياد فراهم مي‌شود.

· سرعت نسبي زياد فرايند

· مناسب براي توليد قطعات با تعداد كم

· امكان استفاده از رزين‌هاي مختلف براي دستيابي به جنس مشابه مدل مورد نظر

منعطف بودن سيليكون رابر باعث مي‌شود كه پس از ساخت قالب بتوانيم حتي از مدل‌هايي كه بنا به دلايلي در مرحله طراحي، نقص فني دارند و يا داراي زاويه منفي كمي هستند قطعه بگيريم تا پس از بررسي به اصلاح طراحي قطعه بپردازيم.

 

معايب روش RTV

· به طور كلي، قيمت هر قطعه با توجه به قيمت مواد و كار لازم براي ساخت قالب زياد است.

· عمر قالب نسبتا كم است.

· زمان چرخه توليد هر قطعه نسبتا زياد است

· خواص قطعات توليدي از جنس پلي اورتان با مواد ترموپلاستيك توليدي به روش‌هاي متداول متفاوت است.

· ايجاد بافت بر روي قالب امكان‌پذير نيست.

RTV: Room Temperoture Vulcanising

 

منابع:

1. www.moldmakingtechnology.com

2. www.mcp-group.de

3. www.vistatek.com

4. كتاب نمونه‌سازي و ابزارسازي سريع، دكتر عبدالرضا سيم‌چي، مهندس اميرحسين توكلي.

5. كتاب فناوري نمونه‌سازي سريع، دكتر صادق رحمتي، مهندس مجتبي سليمي، مهندس محمد ايدارژاله.

برگرفته از سایت صنعت خودرو