hirdetés
hirdetés

Rapid prototyping

Szilikon öntőminták készítése

Gyors szerszámozási technikák

A gyors prototípus-előállítási (rapid prototyping, RPT) technológiák töretlen fejlődést mutatnak: egyre újabb eljárások látnak napvilágot, amelyek mind pontosabb modellek előállítását teszik lehetővé, valamint a modellanyagok is egyre bővülnek(1). Ezzel párhuzamosan megjelent az igény a kisszériás gyártást lehetővé tevő gyors szerszámozási (rapid tooling, RT) technikák iránt is.

hirdetés


A gyors szerszámozási technikák a gyors prototípusgyártás valamely módszerét felhasználva készítenek a modell reprodukálására alkalmas öntőmintát. Az öntés során olyan anyagokat is alkalmazhatunk, amelyek az RPT technológiák esetén nem jöhetnek szóba, így például készíthetünk viaszmintákat precíziós öntés számára (1. ábra). Az alábbiakban szilikon öntőminta készítésének egyik módszerét mutatjuk be részletesen.



Attól függően, hogy milyen jellegű darabhoz szeretnénk öntőformát készíteni, más-más stratégiát alkalmazhatunk. Domborművek, érmék, plakettek esetén, ahol az egyik oldalon nincs minta, egyrészes nyitott formát készíthetünk, ahol a sima oldal nem érintkezik a formával. Egyszerű osztású szobrok és ipari alkatrészek esetén kétrészes, két lépésben készülő formát használhatunk, cikkünk erre mutat példát. Bonyolult osztás esetén két- vagy többrészes formát alkalmazunk, amelyet egylépéses öntéssel készítünk el, majd keményedés után vágjuk több darabra az osztófelületek kialakításával (2.ábra) Bonyolult osztófelületeket és úgynevezett átzárásokat, ahol a két szilikon formafél összeér, célszerű beformázás előtt preparálni, ezzel is megkönnyítve a forma szétvágását.
 


Szilikon kiinduló anyag

A szilikonok alapanyagát, a szilíciumot tiszta állapotban elsőként Berzelius állította elő 1823-ban. A szilícium szerves vegyületeinek megismerése a XX. század első felében munkálkodó angol kémikus, Kipping nevéhez fűződik, és a szilikon név is neki köszönhető. A szilikonok gyártása a második világháború végén kezdődött el amerikai cégeknél, de 1947-ben már Európában, majd az ötvenes évek elején Magyarországon is állítottak elő szilikontermékeket. A szilikon név gyűjtőfogalom, számtalan, egymástól merőben eltérő szerkezetű, összegképletű és tulajdonságú vegyületet illetünk ugyanazzal a névvel. E vegyületekben azonban van egy közös: a polimerszerkezet „gerincét” alkotó sziloxánlánc, vagyis a vegyületek alapvázát az egymáshoz kapcsolódó szilícium- és oxigénatomok alkotják.

A szilikon öntőanyagok szobahőmérsékleten kondenzációval kikeményedő kétkomponensű szilikongumik, amelyeket kiváló reprodukciós hűség jellemez. Megfelelő anyagváltozat áll rendelkezésre mindenfajta öntőminta készítéséhez, legyen az bármilyen bonyolult is, és valamennyi öntőanyag használatához, így viaszhoz, gipszhez, betonhoz, öntőgyantához vagy alacsony hőmérsékleten olvadó fémötvözethez. Nagyfokú rugalmasságuknak és kiváló nem tapadó képességüknek köszönhetően a szilikongumik nagyon könnyen leválaszthatók a modellről. Az öntőanyaggal szembeni ellenállóságuk révén újra és újra felhasználhatók. E kiváló tulajdonságok teszik nélkülözhetetlenné a szilikonanyagokat az öntőminta-készítésben, mind az ipari gyártók, mind művészek, kézművesek, régészek, makettezők részére.

A kondenzációs kikeményedésű szilikongumik folyékony katalizátor hozzáadására keményednek. A fazékidő (az egyes komponensek összekeverése és a szilikon öntése között eltelő idő) és a kikeményedési idő a katalizátor mennyiségétől függően változik. A katalizátor hozzáadható minimum és maximum értéke is meghatározott a különböző szilikongumi-osztályoknál: akár túl sok, akár túl kevés a katalizátor, a végtermék rosszabb tulajdonságú lesz. Elképzelhető, hogy a kikeményedés egyáltalán nem jön létre. A szilikon sokrétű tulajdonsághalmazt és sokféle fizikai állapotot megvalósító anyag, amely sajátosságok keveréssel, megfelelő arányú vegyítéssel érhetők el. A legkülönfélébb állagú és formájú alakok hozhatók létre.

A szilikongyanták egyik fő előnye, hogy az egymással reagens anyagok kondenzációja során egy kéreg jön létre a szilikon határán, amely kéreg jó viszkozitású és kis tapadású.

Modellanyagok tulajdonságai


A szilikonforma anyagának meghatározásakor figyelembe kell venni az elkészítendő darab anyagát, illetve méreteit. Az öntőanyag és a formaagyag valamennyi párosításban másképp reagál egymással, ezért érdemes utánajárni a gyártók ajánlásainak. A leggyakrabban alkalmazott modellanyagokat ismertetjük a következőkben.

* A viaszok nem támadják meg nagymértékben a szilikonból készített öntőformákat. Ezzel együtt viszont az öntőforma hajlamos bizonyos mennyiségű viaszt magába szívni, ezért viaszlerakódások keletkeznek, amelyek pontatlan reprodukciót eredményezhetnek. Alkoholos lemosással, illetve 150 °C-os sütőben való kiolvasztással eltávolíthatjuk a lerakódásokat. Öntés előtt hevítsük az öntőformát a viasz olvadási pontja fölé, ezzel elérhetjük, hogy a viasz az öntőforma felszínén lévő legkisebb részletbe is belefolyjon.

* Az öntőgyanták használata sokszor igen problémás, mert sok esetben hamar tönkreteszik a formát (lerakódás, maró hatás stb.). A forma előmelegítése javíthat a helyzeten. Fontos a megfelelő öntőanyag-formaanyag párosítás. Érdemes egy gyártó egymáshoz ajánlott termékeit választani.

* A szilikongumi öntőformák alkalmasak alacsony olvadáspontú (300 °C körüli) fémötvözetekből készült öntvények készítésére.

* A gipsz a szilikon öntőformákat gyakorlatilag alig befolyásolja. A friss öntőformában készült első öntvények felszínén kialakulhatnak légbuborékok az öntőformának a gipszoldattól való gyenge nedvesedése miatt. Ez úgy előzhető meg, hogy a friss öntőformát bekenjük lágy szappanos vagy mosogatószeres oldattal, esetleg gipszpéppel. Ezt a kezelést néhány öntés után abbahagyhatjuk.

* Fehér cement, öntött beton, műkőkeverékek alkalmazására alapvetően ugyanazok a megfontolások érvényesek, mint a gipsz esetén.

A szilikon öntőformákat gyakran használják étkezési célra készült formák előállítására is, például csoki-, marcipán- vagy fagylaltfigurák készítésére. Ilyenkor az öntőformát minden esetben használat előtt legalább 4 órán keresztül 200 °C-on kell hevíteni, hogy az illó részecskék eltávozzanak.

A mintakészítés folyamata

A mintakészítés folyamatát egy konkrét példán keresztül mutatjuk be, amelyben a (3. ábra) képén látható 63,5 mm×14,9 mm×15,8 mm méretű alumínium alkatrészt reprodukáltuk. A reprodukálandó alkatrész tanulmányozása után első lépésként egy öntőkeretet, formaszekrényt kell készítenünk. A darabot ebben elhelyezve öntjük rá a később öntőformaként szolgáló szilikont. A keretnek tökéletesen szigeteltnek kell lennie, mivel a szilikon a legkisebb résen át is kijuthat. Méreteinek meghatározásakor figyelembe kell venni, hogy a beöntött szilikon minden oldalról kellően vastag réteget tudjon alkotni ahhoz, hogy később kiemelve megfelelő merevséggel tartsa a saját formáját. A keretnek könnyen bonthatónak kell lennie, hogy később a kiöntött forma károsítása nélkül szét tudjuk szedni. A B képen mutatott keret anyagául műanyag (PP) lapok szolgálnak, rögzítésük hőre lágyuló ragasztóval történt.

A következő lépés a darab elhelyezése az öntőkeretben. Kétrészes forma készítésénél nagy figyelmet kell fordítani az osztósík elhelyezésére. Esetünkben külön követelmény volt, hogy az osztósík nyoma nem látszódhat a kész darab oldalán. Ezért osztósíkként a darab egyik éle szolgált, így az osztás nem „metszette” át az alkatrészt. Miután megterveztük az osztósíkot, a gyakorlatban is ki kell alakítani. Bevált módszer erre az öntőkeret aljának gyurmával való kitöltése, amelybe a kívánt mélységig bele lehet süllyeszteni a darabunkat. Gyakorlatilag a gyurma felülete képviseli az osztósíkot. Ugyancsak gyurmával lett kitöltve az átmenő furat is, mivel azt a másik szerszámféllel alakítjuk ki. Kiöntés és megszilárdulás után a gyurma eltávolítható, és megfordítva a szabaddá vált munkadarabrészre ráönthetjük a másik felet.

Lépések a mintakészítéstől a kész modellig

A darab körül ajánlott illesztőelemeket kialakítani, amelyek később a két formafél összeillesztését segítik. Ez történhet úgy, hogy a gyurmában benyomódásokat hozunk létre. Ha nem használunk gyurmaalapot, külön illesztőelemeket kell elhelyezni a darab körül. Végül, ha mindent elhelyeztünk, a szilikonnal leöntendő részeket befújjuk a gyártó ajánlása szerinti formaleválasztóval. A szilikon a legtöbb felületről könnyel elválik, erre a lépésre leginkább akkor van szükség, ha már az öntőforma második felét készítjük. Az újonnan beöntött anyag ugyanis elválaszthatatlanul hozzátapad a már megszilárdulthoz.

Ezután következhetne az első öntés, de még el kell készítenünk a megfelelő keveréket. A példánkban alkalmazott agyagok a T-Silox cég termékei(4). Az alapanyag az Oxam V1 és az Oxam katalizátor. Keverési arányuk szerint az alapanyaghoz 3–5 tömegszázalék katalizátoranyag szükséges. Továbbá tetszés szerint adagolható a keverékhez lágyító (szintén T-Silox termék, szilikonolaj), amely a megszilárdult anyag keménységét, rugalmasságát határozza meg. Ebből 25 százalék került a keverékbe. Az Oxam V1 piros színű, jól folyó, fokozott hőállósági tulajdonságokkal rendelkező anyag. Elsősorban elektromos szekrények, kábelvégek kiöntésére használható, de alkalmas alacsony olvadáspontú fémek öntésére is.

Ha elkészült a keverékünk, még a fazékidőn belül fel kell használnunk. Ez alatt az idő alatt célszerű buborékmentesíteni is, mivel a keverés során keletkezett buborékok hatással lehetnek a kész öntvény felületére. A légbuborékok eltávolításának legjobb módja, ha az anyagot néhány percre vákuum alá helyezzük szivattyú segítségével. Ennél olcsóbb megoldás, ha a bekevert anyagot – vékony sugárban lassan csorgatva – átöntjük egy másik edénybe vagy közvetlenül a keretbe (C). E módszernél az elvékonyodott „szálban” nem tudnak megmaradni a nagyobb buborékok, azonnal eltávoznak az anyagból.

Ügyelni kell rá, hogy a szilikon tökéletesen betöltse a megfelelő részeket, és ne alakuljanak ki további légbuborékok. Közben többször ellenőrizzük, hogy  nem ereszt-e át valahol az öntőkeretünk. A megszilárdulási idő szorosan függ a keverési aránytól, a gyártók részletes tájékoztatást adnak erre vonatkozóan. Általában elmondható, hogy 24 óra várakozás után már biztosan végbement a folyamat, az öntvényünket kiemelhetjük a keretből. Gyakorlatban ez a keret lebontásával valósítható meg. Ennél a folyamatnál óvatosan kell eljárni, az olcsóbb anyagok ugyanis könnyen szakadnak.

Műveletek a kész formával

Ha sikeresek voltak az eddigi fázisok, szembesülünk az eredménnyel. A D képen látható, hogy a szilikon kis mértékben behatolt a darab alá is. Ez a probléma könnyen korrigálható, egy éles szikével el kell távolítani a felesleget (E). A másik formafél elkészítéséhez ismét szükségünk lesz az öntőkeretre, azért első lépésként újra össze kell állítanunk. Ezután az első formafelet a benne lévő mesterdarabbal együtt helyezzük az aljára, természetesen úgy, hogy az előző állapothoz képest az alsó része felül legyen, és a furatot kitöltő gyurmát el kell távolítani.

Következő lépés a formaleválasztó gondos felvitele. Ez igen fontos művelet, nélküle nem tudjuk majd szétválasztani a két formafelet. Ha végeztünk, öntsük be a megfelelő mennyiségű szilikont.
 
Szilárdulás után bontsuk szél a formakeretet (F), és válasszuk szét a két felet. Ha a formaleválasztó felvitele megfelelő volt, ez könnyen végrehajtható. A darab kiemelése után előállt az öntőmintánk (G). A kész formánkat most már össze tudjuk illeszteni, és tökéletesen zár. Az öntőanyag bejuttatásához, illetve a levegő távozásához alkalmas helyen szikével vágunk csatornát a kész formába (H). A csatornákat a szilikonöntés során is kialakíthatjuk beformázással, megfelelő csatornamodell segítségével.

Az utolsó lépés a reprodukálás. A tökéletes zárás érdekében a két formafelet szorosan rögzítve, a kiválasztott modellanyagot (esetünkben gipszet) beleöntjük a formába (I). Akárcsak a szilikonforma öntésénél, most is fontos a buborékmentesség. A szilárdulási idő leteltével szétszedhetjük a formát, és ha szükséges, utómunkákat végezhetünk a kész öntvényen (J) (K). A (4. ábrán) látható gipszmodell megegyező eljárással készült, de forgásszimmetrikus formaszekrény alkalmazásával.
 
 
 
gipszmodell öntőminta autóalkatrész
 
 
 
 
Eredeti motoralkatrész, gipszmodell és öntőminta

 

 

 

eredeti alkatrész gipsz öntőminta

 



Mikó Balázs, Csesznok Sándor, Kőhalmi Dániel
This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Irodalom

(1) Czvikovszky Tibor, Nagy Péter, Gaál János: A polimertechnika alapjai, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 2003
(2) www.finomontode.hu
(3) www.objet.com
(4) www.t-silox.hu

 

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés