Konformní chlazení vstřikolisových forem

Technologie s názvem Direct Metal Laser Sintering (DMLS) staví pevné kovové díly přímo z práškových kovů a doplňuje tak tradiční způsoby obrábění. DMLS nabízí širokou škálu vlastností, od řízené porozity pro odvzdušnění či filtraci po plně homogenní struktury, které mohou dosáhnout vyšší pevnosti než odlitky a výkovky . Výroba vstřikolisových forem je jednou z hlavních aplikací technologie DMLS. Původně se využívala zejména pro rychlou výrobu prototypových forem (Rapid Tooling), efektivita procesu vzrůstá se složitostí geometrie dutiny, protože na rozdíl od tradičních technologií výrobní čas není příliš ovlivněn složitostí tvaru dutiny formy. V současné době pokročil vývoj DMLS technologie natolik, že umožňuje výrobu sériových forem či vložek do forem s tvarovými chladicími kanály. Dnes jsou dostupné nové materiály, pevnější a tvrdší, takže životnost forem dosahuje řádově milionů kusů u plastových výlisků a tisíců kusů v případě tlakového lití kovů. Jednou z nejdynamičtěji se rozvíjejících oblastí aplikace DMLS technologie je tzv. konformní chlazení forem („Conformal Cooling“). U vstřikolisových forem se běžně používají vrtané chladicí kanály. Zajištění optimálního chlazení dutiny formy je mnohdy velmi obtížné nejen s ohledem na tvarovou složitost dutiny formy, ale často se v prostoru potřebném pro vedení chladicích kanálů nachází též vyhazovače a výsuvné vložky , kterým se musí dráha chladicích kanálů vyhnout. Chladicí soustava je tedy kombinací přímých vrtaných kanálů, kde často není možno sledovat tvarovou zakřivenost dutiny formy. Výsledné řešení potom není zcela ideální. DMLS technologie nabízí velké možnosti při návrhu chladicí soustavy z hlediska tvaru i umístění kanálů . Pokud chladicí kanály sledují tvar dutiny vstřikolisové formy, hovoříme o tzv. konformním chlazení. Takto vyrobené chladicí kanály poskytují rovnoměrnější rozložení teploty v dutině formy, rychlejší chlazení, popř.ohřev dutiny formy a zároveň se zvyšuje rozměrová přesnost plastových výlisků. Zkrácení výrobního cyklu dosahuje hodnoty až 40 %. Pomocí „konformního chlazení“ lze docílit zlepšené chlazení ekonomicky výhodným způsobem. Například při vyfukování PE lahví je výrobní cyklus typicky limitován dobou chlazení hrdla lahve, která má nejsilnější tloušťku stěny. Vložky s konformním chlazením zabudované do standardní formy mohou významně zkrátit výrobní cyklus při dodržení kvalitativních parametrů. Pro proces DMLS je v současné době dostupná řada kovových prášků a další nové materiály jsou ve fázi vývoje. V oblasti sériových nástrojů je dnes nejpoužívanějším materiálem martenzitická nástrojová ocel s označením EOS Maraging Steel MS1 (1.2709). Díly vyrobené z tohoto materiálu mají homogenní strukturu s tvrdostí 36-39 HRC a mohou být dále zušlechtěny až na 52-54 HRC (6 h při 490 oC), při této tvrdosti dosahuje materiál pevnosti v tahu až 1900 MPa. Díly lze dále obrábět, erodovat, leštit stejně jako konvenční nástrojové oceli. Pro výrobu prototypových a malosériových forem a nástrojů se často používá slitina bronz-nikl, pro vyšší rychlost výroby a snadné dokončení povrchu. V případě zpracování korozivních plastů je dostupná i nerezová ocel . Technologie DMLS pracuje následujícím způsobem: nejprve jsou do procesního SW importována 3D CAD data dílu a operátor navrhne optimální výrobní pozici dílu. Dále je nezbytné zvolit vhodnou tloušťku výrobních vrstev s ohledem na přesnost/rozlišení a rychlost výroby (0,020 nebo 0,040 mm – tenčí vrstva znamená vyšší přesnost , ale prodlužuje výrobní čas). Poté co operátor zvolí materiál a tloušťku vrstvy, program přiřadí správné technologické parametry stavby a „rozkrájí“ 3D data na vrstvy. Tato data jsou odeslána do DMLS zařízení EOSINT M270. Dále je do pracovní komory zařízení upnuta ocelová platforma na které jsou díly stavěny. Dávkovací zařízení nastaví množství prášku pro jednu vrstvu a rameno s keramickým břitem rozprostře na povrch ocelové platformy rovnoměrnou vrstvu prášku dle zvolené tloušťky vrstvy. Ovládací program zařízení řídí proměnné zaostření paprsku laseru a trajektorii paprsku podél kontury dílu. V místě dopadu laserového paprsku je kovový prášek lokálně roztaven a následně tuhne do pevného stavu, zároveň dochází k „protavení“ k podkladové vrstvě. Tímto způsobem lze zjednodušeně definovat proces Laser Sintering. Takto proces pokračuje vrstvu po vrstvě, dokud není postaven celý díl. Ocelová platforma odvádí zároveň teplo, takže roztavený kov tuhne velmi rychle. Pro většinu materiálů je pracovní komora vyplněna dusíkem a díl je tak chráněn před oxidací. Integrovaný generátor dusíku je zásobován tlakovým vzduchem, ze kterého odděluje molekuly dusíku, takže není potřeba plněný dusík. V případech, kdy dusík není vhodný pro proces, jako např. titan, používá se pro vytvoření ochranné atmosféry argon. V České republice bylo zařízení EOSINT M270 instalováno poprvé v únoru 2007. Zařízení se získalo v rámci projektu „Založení a rozvoj Klastru OMNIPACK, který je spolufinancovaný z prostředků státního rozpočtu a Strukturálních fondů Evropské unie. Odborné informace o zařízení EOSINT M270 lze získat na adrese www.innomia.cz