Energii neconvenționale

1. OBIECTUL LUCRARII

Scopul principal al lucrarii este cunoasterea teoreticasi experimentala a tehnologiei de fabricare a matritelor din cauciuc siliconic, respectiv a tehnologiei de turnare sub vid a pieselor din rasini utilizând acest tip de matrite.

2. CONSIDERATII GENERALE

2.1 Matrite din cauciuc siliconic

Cauciucul siliconic este un material extrem de avantajos în aceste tehnologii. El poate fi turnat cu usurinta în jurul unui model master pentru a obtine o cavitate. Sunt utilizate doua tipuri de cauciuc siliconic pentru a fabrica matrite, metodele de lucru fiind asemanatoare. Cele doua tipuri de cauciuc siliconic disponibil pe piata sunt sub forma transparenta sau opaca. Cauciucul siliconic sub forma transparenta este mai scump.

Folosind materialul transparent, modelul master este suspendat într-o cutie, dupa care cauciucul siliconic este turnat astfel încât el sa înconjoare în întregime modelul RP în cutia respectiva. Dupa ce cauciucul siliconic s-a solidificat se taie un plan de separatie si se extrage modelul master. Se asambleaza cele doua semimatrite din cauciuc siliconic între care a rezultat cavitatea ce copiaza forma modelului master RP. In aceasta cavitate se poate turna sub vid materialul din care se doreste fabricarea piesei respective. Exista o mare varietate de materiale, care se pot utiliza pentru fabricarea rapida a pieselor prin aceasta metoda. În general aceasta turnare se efectueaza sub vid pentru a elimina pericolul aparitiei unor bule de aer în piese.

Aceste matrite din cauciuc siliconic (CS) rezista bine la turnarea a circa 20-40 piese din material plastic. Unele materiale plastice care se toarna în aceste matrite de cauciuc siliconic necesita un timp mai lung de polimerizare în cuptor (la circa 65 grade Celsius). Aceasta încalzire prelungita, din nefericire usuca mult suprafata exterioara a matritelor din CS si le face mai fragile, ceea ce duce apoi la uzura prematura a acestora, mai ales în zonele cu detalii fine.

Atunci când se lucreaza cu CS opac (care este mai ieftin), nu se recomanda realizarea matritelor într-o singura etapa, asa cum s-a prezentat mai sus, si aceasta pentru ca este dificil de taiat planul de separatie datorita invizibilitatii modelului RP. În aceasta situatie se poate lucra în doua etape, în fiecare din ele turnându-se câte o semimatrita.

2.2. Turnarea sub vid

Turnarea sub vid este una dintre cele mai interesante si spectaculoase aplicatii de utilizare a modelelor RP la dezvoltarea de produse noi. Timpul este un factor crucial în dezvoltarea de noi produse industriale. Competitia industriala se intensifica odata cu globalizarea pietei. Proiectantii trebuie sa dezvolte mereu idei noi de produse modernizate, pentru a raspunde cerintelor tot mai exigente. Succesul unui produs industrial depinde nu doar de caracteristicile sale tehnice, ci si de factorii comerciali, cum ar fi costul si timpul de lansare pe piata.

Turnarea sub vid este o tehnica moderna care si-a dovedit oportunitatea si eficienta tocmai în aceasta etapa de dezvoltare a produselor noi, etapa în care trebuie utillizate prototipurile pieselor complexe (prezentate în capitolele anterioare), pentru fabricarea seriei mici (30-50 bucati), pentru testarea functionalitatii noului produs si/sau testarea pietei privind marketingul noului produs.

In aceste conditii, turnarea sub vid ofera o metoda rapida, precisasi necostisitoare de fabricare a pieselor complexe din materiale plastice, în serii de 30-50 bucati. Aceasta metoda de fabricatie reproduce cu fidelitate detaliile de formasi calitatea suprafetelor modelului RP utilizat ca master.

Materialele utilizate la turnarea sub vid sunt diferite tipuri de rasini, materiale plastice si cauciuc. Proprietatile mecanice ale pieselor de plastic fabricate prin turnare sub vid, sunt comparabile cu cele ale pieselor fabricate prin injectie de mase plastice.

2.3. Prezentarea echipamentului

Centrul de Fabricare Rapida a Prototipurilor din cadrul Universitatii Tehnice din Cluj-Napoca, utilizeaza o masina de turnare sub vid de tip MCP-001 PLC.

Dupa finisarea si verificarea modelului RP utilizat ca master (model fabricat pe unul din sistemele LOM, FDM sau SLS de ex.), în general, tehnologia de fabricare prin turnare sub vid se deruleaza în doua etape: Formarea matritelor din cauciuc siliconic si Turnarea pieselor în matrite din cauciuc siliconic

3. FABRICAREA MATRITELOR DIN CAUCIUC SILICONIC

Pentru fabricarea matritelor din cauciuc siliconic necesare, se parcurg urmatoarele etape de lucru:

1. Verificarea modelului master, care poate fi fabricat rapid, folosind oricare din metodele RP existente: stereolitografia, sinterizarea selectiva cu laser, depunerea de material topit (FDM), depunerea straturilor succesive (LOM) etc.

2. Curatirea modelului master si aplicarea unor substante chimice care sa previna lipirea siliconului de suprafata modelului .

3. Stabilirea planului de separatie a viitoarelor matrite din cauciuc siliconic si materializarea acestuia prin lipirea unei benzi adezive la nivelul acestui plan .

4. Colorarea conturului planului de separatie pentru a fi vizibil prin cauciucul siliconic semitransparent, dupa turnarea acestuia în jurul piesei .

5. Fabricarea unei cutii din lemn sau plastic, care sa încadreze modelul RP si în care sa se poata turna cauciucul siliconic(CS) în stare lichida. Asa cum se observa , modelul RP nu trebuie sa atinga baza cutiei. S-a atasat modelului o tija verticala, care va fi înlaturata dupa turnarea CS si astfel va rezulta pâlnia de turnare din semimatrita superioara.

6. Suspendarea modelului în cutia de formare si atasarea unor sârme orizontale de sustinere si a unor sârme verticale care vor crea canalele de aerisire necesare pentru evacuarea aerului din cavitatea dintre viitoarele .

7. Turnarea CS în cutia de formare . Anterior turnarii, CS este introdus într-o incinta vidata, pentru degazeificare.

8. Dupa turnarea în cutia de formare, CS este introdus din nou în incinta vidata, pentru eliminarea bulelor de aer acumulate la turnarea acestuia în jurul modelului master RP. In continuare, cutia continând CS turnat, este introdusa în cuptorul de polimerizare, unde are loc solidificarea blocului de CS.

9. Dupa polimerizarea totala, blocul de CS este scos din cutia de formare. Printr-o operatie manuala se taie cu bisturiul planul de separatie dintre cele doua semimatrite .Pentru aceasta, se urmareste cu atentie traseul marcat în etapa 4, pe marginea benzii adezive aplicate pe modelul master RP, la nivelul planului de separatie.

10. Deschizând cele doua semi-matrite din CS, se înlatura modelul master utilizat. Astfel rezulta cele doua semimatrite, care acum sunt pregatite pentru turnarea sub vid a pieselor dorite Dupa formarea matritelor din CS, urmeaza turnarea sub vid a pieselor care vor fi copii fidele a modelului master utilizat. In functie de complexitatea si de finetea detaliilor, durabilitatea matritelor din CS variaza între 30 si 60 bucati.