Linee guida di progettazione per la fusione di plastica mediante stampa 3D

Modern Foundry: Linee guida per l’analisi e la progettazione di calchi in plastica stampati in 3D

Pawel Zmarzly, Damian Gogolewski e Tomasz Kozior presentano le loro scoperte da un recente studio in ” Linee guida di progettazione per la fusione di plastica mediante stampa 3D “. Mentre la stampa 3D viene utilizzata per molte diverse applicazioni legate alla fusione e agli stampi, in questa ricerca gli autori hanno studiato il potenziale dei prototipi di stampa 3D, oltre a esaminare la produzione di modelli esistenti.

Nell’analisi dei prototipi, gli autori hanno valutato l’accuratezza, la qualità e gli “elementi intermedi” dal processo di stampa effettivo. I vantaggi dell’utilizzo della stampa 3D e dei processi di produzione additiva nell’industria della fonderia continuano ad essere ampiamente riconosciuti, offrendo agli utenti industriali la possibilità di risparmiare sui profitti in modo significativo con tempi di produzione e test ridotti. Le modifiche possono essere apportate facilmente e praticamente senza attendere.

Tuttavia, potrebbero esserci alcuni stampi o modelli difficili da produrre tramite la stampa 3D, a causa di problemi con bassi punti di fusione nei materiali:

“La combinazione di tecnologie di produzione additiva e fusione di stampi in silicone ampiamente utilizzata può affrontare queste sfide, consentendo la fusione da materiali di fusione o materiali ad alto punto di fusione come alluminio, stagno, rame o leghe di bronzo”, hanno affermato i ricercatori.

Per questo studio – con un focus maggiore su applicazioni come l’industria chimica – gli autori hanno eseguito test su modelli stampati in 3D realizzati con PLA, insieme anche a elettrofinning e nanofibre polimeriche. Tali misurazioni consentono una migliore “azione correttiva” e una migliore qualità nei getti finiti.

“La moderna industria della fonderia si impegna a creare fusioni precise, che in molti casi non richiedono ulteriori lavorazioni. Pertanto, oltre a determinare la dimensione dei difetti che si sono verificati in ogni fase del processo di stampaggio e colata, è necessario determinare in che modo le deviazioni date hanno influenzato le singole fasi dello sviluppo del modello. “

Alla fine, l’obiettivo dei ricercatori era misurare il vero potenziale dell’elaborazione AM con resine polimeriche, valutando i modelli per l’accuratezza e la trama della superficie. Mentre molti studi di ricerca si sono concentrati sulla stampa 3D di stampi – dai prototipi polmone su chip a stampi per sabbia e stampi per test – ciò che rende unici i test in questo studio è il livello di analisi dimensionale, di forma e dello strato superficiale.

Schema a blocchi della procedura di prova.

Il team di ricerca ha stampato ogni modello in cinque pezzi, dopo di che hanno misurato le dimensioni lineari e la trama della superficie.

È stato quindi lanciato uno stampo in silicone, con prove eseguite dopo l’indurimento.

“Una delle ultime fasi del test è stata il versamento della resina per colata liquida RenCast FC-52 nello stampo in silicone”, hanno affermato gli autori. “L’ultima fase della procedura di test è stata quella di eseguire analisi metrologiche di caratteristiche analoghe del campione utilizzando gli strumenti di misurazione sopra menzionati (O-INSPECT Multisensor Coordinate Measurement Machine e Talysurf CCI optical profilometer).”

(a) Progettazione CAD del campione, (b) Progettazione CAD dello stampo, (c) Stampo CM1, (d) Stampo CM2, (e) campione finito e (f) elementi completati.

Caratteristiche geometriche del modello.

“I valori ottenuti dei singoli parametri di rugosità e ondulazione della superficie 3D cambiano nelle fasi successive della produzione del campione. Si dovrebbe prestare attenzione al fatto che nel caso di parametri di altezza e parametri volumetrici di rugosità 3D, è stato notato che i valori diminuiscono con l’avanzamento del processo di produzione. Un fenomeno contrario è stato osservato per l’ondulazione della superficie 3D. Tuttavia, i valori dei singoli indici variano leggermente “, hanno concluso i ricercatori.

“Analizzando il cambiamento delle dimensioni lineari dello stampo di colata realizzato con la tecnologia PJM e quello fuso dal silicone, si può concludere che in relazione alle dimensioni nominali presunte (CAD) sono diminuite. Tuttavia, se si considerano le dimensioni della fusione finale, si può affermare che in relazione alle dimensioni nominali, i risultati sono aumentati in media del 5%. La modifica più piccola è stata rilevata per la dimensione che determina la lunghezza del campione. L’analisi dimensionale dei risultati del test è un’indicazione per i progettisti che durante la progettazione di uno stampo da colata utilizzando il software CAD, le dimensioni della larghezza del campione dovrebbero essere ridotte di circa il 5% “.

Immagini topografiche della superficie dello stampo CM1: (a) rugosità e (b) ondulazione.

Immagini topografiche della superficie dello stampo CM2: (a) rugosità e (b) ondulazione.

Immagini topografiche della superficie n. 1 del campione: (a) rugosità e (b) ondulazione.

Immagini topografiche della superficie n. 2 del campione (in alto): (a) rugosità e (b) ondulazione.

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