Schnelle Werkzeugherstellung basierend auf einem FDM-Prototyp

Andere Sprache: DE

Was ist FDM?

Fused Deposition Modeling (FDM), auch bekannt als Filament-Freiformfertigung, ist ein 3D-Druckverfahren, bei dem ein Endlosfilament aus Spezialmaterial verwendet wird. Dieses Filament wird von einer großen Spule abgezogen und durch einen beheizten Druckerextruderkopf geführt. Anschließend wird das Material auf das wachsende Werkstück aufgetragen.

Der von einem Computer gesteuerte Druckkopf bewegt sich in zwei Dimensionen, um jede horizontale Schicht des gedruckten Objekts zu definieren. Nach Abschluss einer Schicht bewegt sich entweder der Druckkopf oder das Werkstück um einen kleinen Betrag vertikal, um mit der nächsten Schicht zu beginnen. Die Geschwindigkeit des Extruderkopfs kann so eingestellt werden, dass der Abscheidungsprozess gestartet und gestoppt wird, sodass unterbrochene Ebenen erzeugt werden können, ohne dass es zu Fadenzügen oder Tropfenbildung zwischen den Abschnitten kommt.

Warum braucht Rapid Tooling die FDM-Technologie?

Da die Technologie voranschreitet und die Zeit, die der Markt benötigt, um auf die Nachfrage zu reagieren, immer kürzer wird, ist eine schnellere und kostengünstigere Produktionstechnologie erforderlich. Die schnelle Werkzeugentwicklung profitiert von der Geschwindigkeit, Kosteneffizienz und Flexibilität des Fused Deposition Modeling ( FDM). ) Technologie. FDM kann Formteile schnell herstellen, Durchlaufzeiten verkürzen und die Produktentwicklung beschleunigen. Es ermöglicht eine einfache Anpassung und Änderung direkt im digitalen Modell, das dann schnell nachgedruckt werden kann. FDM ist auch in der Lage, komplexe Geometrien zu erstellen, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden möglicherweise nur schwer zu erreichen sind, und unterstützt eine breite Palette thermoplastischer Materialien, die für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet sind. Als additives Fertigungsverfahren reduziert FDM den Abfall, indem nur das für das Teil benötigte Material verwendet wird. Darüber hinaus eignen sich durch FDM hergestellte Werkzeuge ideal für die Prototypenerstellung und Tests und helfen dabei, potenzielle Probleme zu identifizieren und zu lösen, bevor teurere und zeitaufwändigere Produktionsmethoden eingeführt werden.

FDM-Technologie (Fused Deposition Modeling).

1. Funktionsprinzip des FDM-Prozesses

FDM hat sich zu einem der beliebtesten Rapid-Prototyping-Verfahren entwickelt. Das Funktionsprinzip ist in Abbildung 1 dargestellt: Nachdem das dreidimensionale Volumenmodell von der Schichtungssoftware verarbeitet wurde, werden die zweidimensionalen Konturinformationen jeder Schicht erhalten. Die Heizdüse bewegt sich in einer Ebene unter Steuerung des Computers entsprechend den Informationen der Querschnittskontur, und der erhitzte und geschmolzene Draht (wie Kunststoffdraht, Nylon usw.) wird selektiv auf der Werkbank beschichtet und der Nach dem schnellen Abkühlen entsteht eine Querschnittskontur.

Nachdem die Querschnittskontur einer Schicht fertiggestellt ist, wird die Werkbank um eine Schichthöhe abgesenkt, und dann wird die Querschnittskontur der nächsten Schicht gepresst, und der erhitzte und geschmolzene Draht wird beschichtet und mit dem erstarrten Draht der vorherigen Schicht verbunden Schicht, und der Zyklus wird wiederholt, bis das endgültige dreidimensionale Produkt erhalten wird.

Gemäß dem Formungsmechanismus von FDM kann theoretisch jedes schmelzbare Material verwendet werden. Derzeit werden häufig Materialien wie Wachs, Nylon und Kunststoff verwendet. Man untersucht die Anwendung von Materialien wie Metallen und Keramik für diese Methode. Keramik- oder Metallpulver (Edelstahl, Messing, Aluminium, Eisen usw.) wird mit Polymerklebstoffen versetzt und das Polymer wird nach dem Formen bei hoher Temperatur gebrannt, um Metallteile zu erhalten. Um die Formgeschwindigkeit und -genauigkeit des FDM-Prozesses zu verbessern, sind weitere Untersuchungen im Hinblick auf die Methode zur Pfaderzeugung, die Bewegungsgeschwindigkeit der Düse in der Ebene und die Vorschubgeschwindigkeit des Materials erforderlich.

2. Analyse der Formgenauigkeit des FDM-Prozesses

Zur Genauigkeit von Formteilen zählen Maßhaltigkeit und Oberflächengenauigkeit. Zu den Faktoren, die die endgültige Genauigkeit von FDM-Formteilen beeinflussen, gehört nicht nur die Genauigkeit der Formanlage selbst, sondern auch einige andere Faktoren wie Schichtschnittfehler, Materialschrumpfungsfehler, Parametereinstellung des Formprozesses usw. Diese Faktoren sind oft schwieriger zu ermitteln Kontrolle. Derzeit liegt die endgültige Maßgenauigkeit des Prototyps, die mit dem FDM-Verfahren erreicht werden kann, nur bei ±(0,1~0,2)mm/100mm.

(1) Fehler durch Formsystem verursacht

Zu den Faktoren, die die Formgenauigkeit des Formsystems beeinflussen, gehören neben der Vertikalität der X- und Y-Achsen-Führungsschienen der Ausrüstung und der Vertikalität der Z-Achse und des Arbeitstisches auch die Bewegungspositionierungsgenauigkeit und die Wiederholpositionierungsgenauigkeit der Düse . Der Hauptfaktor, der die Wiederholgenauigkeit der Düse beeinflusst, ist ihr Scan-Antriebsmodus. Der Scanvorgang des FDM-Formkopfes wird von einem AC-Servomotor über eine Präzisions-Kugelumlaufspindel angetrieben und von einer Präzisions-Linearkugelführung geführt. Seine Positionsgenauigkeit hängt von der Genauigkeit des Encoders im Servomotor (d. h. der Anzahl der pro Umdrehung erzeugten Impulse) und der Steigung der Kugelumlaufspindel ab, die die Drehbewegung des Motors in eine lineare Hin- und Herbewegung umwandelt ^{[ 1 ]} . Mit moderner CNC-Technologie und Präzisionsübertragungstechnologie kann die Bewegungspositionierungsgenauigkeit der Düse auf +20 µm und die Wiederholgenauigkeit der Düse auf +10 µm gesteuert werden ^{[ 2 , 3 ]} .

(2) Fehler, die durch mehrschichtiges Schneiden verursacht werden

Die meisten Rapid-Prototyping-Systeme, einschließlich FDM, verwenden das Standard-STL-Dateiformat (Stereo Lithography Interface Specification) des 1989 von 3D Systems in den USA entwickelten Solid-CAD-Modells zur Definition der Formteile. Es verwendet kleine dreieckige Ebeneneinheiten, um die Oberfläche des dreidimensionalen Festkörpers zu diskretisieren und anzunähern, und erhält eine Reihe kleiner Dreiecksdateninformationen, die den ursprünglichen dreidimensionalen Festkörper annähern. Wenn dreieckige Facetten zur Annäherung an die dreidimensionale Raumoberfläche verwendet werden, kommt es zu Größen-, Form- und Oberflächenfehlern. Durch Erhöhen der Anzahl der Facetten können diese Fehler reduziert werden, sie können jedoch nicht vollständig beseitigt werden und führen dazu, dass die STL-Datei umfangreich wird und die Verarbeitungszeit zunimmt ^{[ 4 ]} .

Die im FDM-Verfahren geformten Teile bestehen aus Drahtschichten mit einer bestimmten Dicke, die einzeln miteinander verbunden und gestapelt werden.

Wie beim LOM-Prozess entsteht zwangsläufig ein „Stufeneffekt“, wodurch die Oberfläche des Teils nur eine schrittweise Annäherung an die Oberfläche des ursprünglichen CAD-Modells darstellt. Das Vorhandensein dieses Fehlers verringert die Genauigkeit des Teils erheblich. Im Prinzip kann eine Reduzierung der Schichtdicke diesen Fehler reduzieren, eine Reduzierung der Schichtdicke führt jedoch unweigerlich zu einer Verlängerung der Teileformzeit und einer Verringerung der Produktionseffizienz. Darüber hinaus wird die spezifische Verarbeitungsdicke jeder Schicht durch den Spinndüsendurchmesser begrenzt. Die derzeit im FDM-Verfahren verwendete Schichtdicke beträgt im Allgemeinen 0,2 bis 0,3 mm.

(3) Durch Schleudern verursachte Fehler

Das nach der Schichtung erhaltene Querschnittsprofil weist eine Konturlinie mit der Breite Null auf. Im eigentlichen Verarbeitungsprozess hat der aus der Düse ausgestoßene geschmolzene Draht eine bestimmte Breite. Wenn die ideale Konturlinie des geschichteten Querschnitts gefüllt ist, weist das endgültige Element eine zusätzliche Hälfte der Querschnittsbreite des extrudierten Drahts auf. Dieser Fehler kann jedoch durch eine Radiuskompensation in der Prozesssteuerungssoftware behoben werden. Allerdings ändert sich die Querschnittsbreite des extrudierten Drahtes mit den Änderungen von Faktoren wie Extrusionsgeschwindigkeit und Füllgeschwindigkeit während des Verarbeitungsprozesses. Eine Kompensation mit einem festen Radiuswert führt definitiv zu Fehlern. Darüber hinaus sammelt sich der ausgeworfene geschmolzene Draht aufgrund von Geschwindigkeitsreaktionsproblemen beim Ein- und Ausschalten der Düse auf dem Prototyp an und bildet Knötchen oder Leerstellen.All dies führt zu Problemen mit der Oberflächenqualität des Prototyps.

(4) Fehler durch Materialschwund

Beim LOM-Formen schrumpft der ausgeworfene Draht, wenn er von einem geschmolzenen Zustand in einen festen Zustand übergeht, wodurch die tatsächliche Größe des geformten Teils von der geplanten Größe abweicht. Es ist notwendig, die ideale Konturlinie bereits in der Prozessplanungsphase zu kompensieren. Die physikalischen Eigenschaften des Materials selbst, die Form und Größe der Teile, die Einstellung von Prozessparametern wie Temperatur und Füllgeschwindigkeit während des Formvorgangs sowie die Länge der Formzeit für jede Schicht beeinflussen alle die Schrumpfung des Formmaterials. Daher ist es bei der Kompensation der idealen Konturlinie erforderlich, diese auf der Grundlage des kombinierten Einflusses dieser Faktoren zu bestimmen.

(5) Der Einfluss der FDM-Prozessparametereinstellungen auf die Formgenauigkeit

Während des FDM-Formprozesses kann die Genauigkeit der Ausrüstung selbst, wie beispielsweise die Genauigkeit der Schraubenführungsschiene, nicht vom Benutzer angepasst werden, einige Prozessparameter können jedoch vom Benutzer gesteuert und angepasst werden. Für verschiedene Geräte muss die Kombinationseinstellung ihrer Prozessparameter durch Erfahrung gesammelt werden, um die Regeln zu finden.

Zou Guolin von der Dalian University of Technology ermittelte die Beziehung zwischen Verarbeitungsparametern und Prototypenqualität durch orthogonales experimentelles Design, optimierte die Prozessparameter und erstellte einen vollständigen Satz von FDM-Formprozessverfahren basierend auf Parameteroptimierungseinstellungen basierend auf den Optimierungsergebnissen ^{[ 5 ]} . Für ein bestimmtes FDM-Formsystem führt die Optimierung der Prozessparameter zu einer erheblichen Verbesserung der Qualität von Prototypenteilen, ohne dass zusätzliche Kosten entstehen.

Schnelle Werkzeugherstellung basierend auf einem FDM-Prototyp

Das Fused Deposition Modeling (FDM-Verfahren) ist ein Rapid-Prototyping-Verfahren, das nach der laserselektiven lichtempfindlichen Harzhärtung (SLA-Verfahren) weit verbreitet ist. Die Materialien, die im FDM-Verfahren verwendet werden können, sind sehr vielfältig, und derzeit werden häufig Wachs, Nylon, Kunststoff usw. verwendet; Im Gegensatz zum LOM-Verfahren, das die Trennung von Abfallmaterialien und Prototypen erfordert, ist der Materialausnutzungsgrad beim FDM-Formverfahren sehr hoch, sodass das FDM-Verfahren den Vorteil niedriger Betriebskosten hat. Wenn das in China weit verbreitete FDM-Verfahren auf die schnelle Werkzeugherstellung angewendet werden kann , es wird zweifellos große wirtschaftliche Vorteile bringen. Der Hauptzweck dieses Abschnitts besteht darin, eine Möglichkeit zur Verwendung von FDM-Prototypen zu finden, auf die Forschung zur Anwendung von LOM-Prototypen in der schnellen Werkzeugherstellung im vorherigen Kapitel zu verweisen und eine Möglichkeit zu finden, FDM auf die schnelle Werkzeugherstellung anzuwenden.

1.Anwendung der FDM-Technologie in der schnellen Werkzeugherstellung

Wie andere Rapid-Prototyping-Technologien hat auch die Anwendung von FDM in der Rapid-Tooling-Herstellung große Aufmerksamkeit erregt. Die FDM-Technologie wird in der Rapid-Tooling-Herstellung üblicherweise auf folgende Weise eingesetzt:

(1) Präzisionsgussverfahren

Die mit der FDM-Technologie verarbeiteten Wachs-, Nylon-, Kunststoff- und anderen Prototypen werden als Gipsformen, Keramikformen, Sandformen und andere Gussteile verwendet, und dann wird der Formhohlraum durch Feinguss erhalten.

(2) Direkte Herstellung von Metallteilen

Es wird untersucht, Polymerklebstoffe zu Keramik- oder Metallpulvern (Edelstahl, Messing, Aluminium, Eisen usw.) hinzuzufügen und das Polymer nach dem Formen mit der FDM-Technologie bei hoher Temperatur abzubrennen, um Metallteile zu erhalten. Mit dieser Methode können Metallformhohlräume direkt hergestellt werden.

(3) Gießverfahren aus Silikonkautschuk oder Harz

Legen Sie den FDM-Prototyp in den Formrahmen und gießen Sie flüssigen Silikonkautschuk oder flüssiges Harz gemischt mit anderen Materialien ein. Nach dem Erstarren kann es vom Prototyp getrennt werden, um eine für Kleinserien geeignete Spritzgussform zu erhalten.

(4) Metallspritzverfahren

Verwenden Sie den FDM-Prototyp als Basisform, sprühen Sie Metall oder Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt auf die Oberfläche der Form, um eine dünne Metallhülle zu bilden, und füllen Sie sie dann mit Verbundmaterialien auf, um schnell eine Form herzustellen.

(5) Elektroforming-Methode

Nach dem Leiten der Oberfläche des FDM-Prototyps kann Kupfer bis zu einer bestimmten Dicke elektrogeformt und dann als Elektrode für die Funkenerosion verwendet werden. Nickel und seine Legierungen können auch direkt auf der Oberfläche des FDM-Prototyps elektrogeformt und anschließend direkt als Formhohlraum verwendet werden Unterstützung.

2. Auswahl der Rapid Prototyping-Route

In Kombination mit relativen Untersuchungen sollte das Elektroplattierungsverfahren mit hoher Replikationsgenauigkeit zur Herstellung von EDM-Elektroden oder Formhohlräumen verwendet werden, um thermische Schrumpfung und komplexe Betriebsbedingungen bei thermischen Verarbeitungsverfahren zu vermeiden. Da das im Projekt verwendete FDM-Formverfahren das Schleuderformen von ABS ist, weist der resultierende ABS-Prototyp eine gute chemische Beschichtungsleistung auf ^{[ 6 ]} Im Gegensatz zum LOM-Prototyp, der eine Versiegelungsbehandlung oder eine Neuformung des Harzes erfordert, kann die durch diese Prozesse verursachte Verringerung der Maßgenauigkeit vermieden werden. Daher kann durch die Kombination von FDM-Rapid-Prototyping- und Galvanikverfahren eine schnelle und präzise Herstellung von EDM-Elektroden oder Formhohlräumen erreicht werden. Die schnelle Herstellung von EDM-Elektroden oder Formhohlräumen auf Basis von FDM-Prototypen kann durch die folgenden zwei schnellen Prozesswege erreicht werden:

(1) Schnelle Herstellung von EDM-Elektroden

FDM (Teil negativ) -> Nachbearbeitung -> chemische Verkupferung -> Elektroformung von Kupfer – > Aufrauen durch Sandstrahlen -> Lichtbogenspritzen der Kupferunterlage -> Trennung von Kupferhülle und Prototyp – > EDM-Kupferelektrode (positiv)

(2) Schnelle Herstellung von Formhohlräumen

FDM (Teil positiv) – Nachbearbeitung – chemische Beschichtung mit Nickel-Phosphor-Legierung – Galvanoformung der Nickel-Rückseitenverstärkung – Prototypentrennung – Formhohlraum (negativ)

3. Schnelle Werkzeugherstellung basierend auf dem FOM-Prototyp

(1) Leitfähigkeit des FDM-Prototyps

Bevor der FDM-Prototyp in den Schacht für die Nickel-Galvanoformung eingesetzt wird, wird die Oberfläche zunächst durch chemische Beschichtung leitfähig behandelt. Der konduktive Behandlungsprozess des FDM-Prototyps unterscheidet sich geringfügig vom konduktiven Behandlungsprozess des LOM-Prototyps im vorherigen Kapitel und die folgenden Schritte sind erforderlich:

① Stressabbau

Das beim FDM-Formen ausgeworfene ABS-Filament durchläuft einen Prozess vom Schmelzen über das Abkühlen bis zur Verfestigung. Die Volumenänderung, die durch die inhärente thermische Ausdehnungsrate des Materials verursacht wird, führt zu einer Schrumpfung; Die geschmolzenen ABS-Harzmoleküle werden in Füllrichtung verlängert. Beim anschließenden Abkühlvorgang kehren die länglichen Moleküle in ihren ursprünglichen Zustand zurück und schrumpfen ebenfalls. Darüber hinaus hängt die Schrumpfung des ABS-Filaments von der Richtung der Düsenbewegung, der Größe des Querschnitts und den spezifischen Prozessspezifikationen ab. Die Schrumpfung zwischen Schichten und unterschiedlich großen Teilen in derselben Schicht ist unterschiedlich. Während des Formvorgangs entstehen aufgrund der Schrumpfung innere Spannungen, und nach dem Formen bleiben einige innere Spannungen bestehen.

Um die inneren Restspannungen der FDM-Formteile abzubauen und so Risse in der Beschichtung beim anschließenden Galvanisieren und andere Faktoren, die die Qualität der Beschichtung beeinträchtigen, zu vermeiden, werden für den Prototyp aus ABS-Material folgende Prozessspezifikationen verwendet:
Temperatur 65~75℃
Zeit 2 Stunden

② Entfettung -> Aufrauen -> Reduzierung nach Aufrauen -> Aktivierung -> Reduzierung nach Aktivierung.

③ Chemische Beschichtung

Zu den gängigen chemischen Beschichtungsverfahren gehören die chemische Verkupferung und die chemische Vernickelung. Da der Formhohlraum nach der chemischen Beschichtung in einer Nickel-Galvanoformungsflüssigkeit elektrogeformt wird, müssen zwei Punkte berücksichtigt werden. Erstens gute Leitfähigkeit; Zweitens: gute Oberflächenqualität. Denn wenn beim Elektroformen eine komplexe Kernform wie beispielsweise eine eingebettete Ecke vorhanden ist, kann die Kernform nur durch chemische Auflösung entfernt werden. Auf diese Weise verbleibt die auf dem Prototyp abgeschiedene chemische Galvanisierungsschicht auf der Galvanoformungsschicht. Selbst wenn eine mechanische Entformung verwendet wird, stellt man in der Praxis fest, dass die chemische Plattierungsschicht nach der Entformung auf der Galvanoformungsschicht verbleibt. Daher wird die chemische Beschichtungsschicht tatsächlich zur Oberflächenschicht des Formhohlraums. Es muss die hohe Härte und Korrosionsbeständigkeit erreichen, die die Form haben sollte.

Die chemische Vernickelung weist eine gute Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, hohe Härte und hervorragende elektromagnetische Abschirmeigenschaften auf ^{[ 7 ]} . Obwohl die Leitfähigkeit der chemischen Nickelbeschichtung etwas schlechter ist als die der chemischen Kupferbeschichtung, sollte sie daher auch als Oberflächenleitfähigkeitsmethode für FDM-Prototypen ausgewählt werden.

Die Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit von chemisch plattierten Ni-P-Legierungsbeschichtungen nehmen mit zunehmendem P-Gehalt zu. Daher wird bei der Auswahl der chemischen Beschichtungslösung, die nach dem chemischen Nickelbeschichtungsprozesstest in Kapitel 3 bestimmt wurde, der Gehalt des Reduktionsmittels Natriumhypophosphit erhöht, um eine Ni-P-Legierungsbeschichtung mit Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, hoher Härte und geringem Innengehalt zu erhalten Stress ^{[ 8 ]} . Die spezifischen Prozessspezifikationen lauten wie folgt:

Ni(NH 2 SO 3 )2·H 2 o	40g/I
NaH 2 Po 2 ·H 2 o	12g/I
Na3C6H5O7H2O	30g/I
PH-Wert	7~8
Temp	50~55℃

(2) Elektrogeformtes Nickel

Nachdem die leitfähige Beschichtung fertiggestellt ist, muss die Oberfläche des Formhohlraums sofort elektrogeformt werden. Aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften kann die elektrogeformte Kupferschicht jedoch nicht als Material für den Formhohlraum verwendet werden. Die elektrogeformte Nickelschicht weist eine höhere Härte und mechanische Festigkeit sowie eine längere Lebensdauer auf. Darüber hinaus weist elektrogeformtes Nickel eine gute Korrosionsbeständigkeit und eine starke Korrosionsbeständigkeit gegenüber korrosiven Substanzen auf, die während des Spritzgussprozesses zersetzt werden. Daher kann es zur Elektroformung des Spritzgussformhohlraums verwendet werden ^{[ 9 ]} .

Die Ausfällungspotentiale von Nickel und Kobalt in einer einzigen Salzlösung liegen sehr nahe beieinander und es kann eine gemeinsame Abscheidung erreicht werden. Wenn der Kobaltgehalt in der Beschichtung unter 40 % liegt, weist die Beschichtung eine gute Korrosionsbeständigkeit, hohe Härte und gute Haltbarkeit auf. Daher wird die Beschichtung häufig als elektrogeformtes Formmaterial verwendet ^{[ 10 ]} . Wenn dem Metall Nickel eine bestimmte Menge Metall Kobalt zugesetzt wird, um eine Ni-Co-Legierung herzustellen, können die Härte und die Verschleißfestigkeit erhöht werden. Die Einführung von metallischem Kobalt erhöht jedoch die innere Spannung der Legierungsbeschichtung und verschlechtert die mechanischen Eigenschaften des Materials.

Darüber hinaus ist der Preis für Metallkobalt hoch, was zweifellos die Produktionskosten erhöhen wird. Wenn beim Abscheiden einer dicken Legierungsschicht durch Elektroplattieren eine Gradientenlegierung hergestellt wird, d ) die Härte der ursprünglich abgeschiedenen Schicht (oder der äußersten Schicht), während sich die innere Spannung der gesamten abgeschiedenen Schicht nicht wesentlich ändert. Wenn eine sehr dicke Abscheidung erforderlich ist, kann die galvanisierte Nickelschicht verdickt werden. Auf diese Weise werden die mechanischen Eigenschaften des galvanisierten Materials verbessert und die Kosten gesenkt ^{[ 11 ]} .

Aufgrund der hohen Kosten für die Galvanisierung von Ni-Co-Legierungen, der komplexen Zusammensetzung der Galvanisierungslösung und der Schwierigkeit bei Betrieb und Wartung wird in diesem Experiment eine kostengünstige und stabile Nickel-Galvanisierungslösung vom Watt-Typ zum Galvanisieren des Formhohlraums verwendet. Gemäß den Testergebnissen in Kapitel 2 beträgt die Frequenz beim Puls-Galvanoformen von Nickel etwa 1000, der Arbeitszyklus liegt im Bereich von 3/10 bis 5/10 und es wird eine kleinere Stromdichte gewählt, um eine bessere Dichte zu erzielen Elektroforming-Schicht. Wenn man jedoch bedenkt, dass eine zu geringe Stromdichte die Zeit und die Kosten der Galvanoformung erheblich erhöht, wendet der Test eine schrittweise Methode an, um die Stromdichte zu erhöhen, und steigert sie schrittweise von einer kleineren Stromdichte auf die angegebene Wert, der auch eine gute Gussschichtqualität erzielen kann.Die im Test verwendeten spezifischen Prozessspezifikationen sind wie folgt:

NiSO 4 ·7H 2 O	250g/l
NiCl 2 ·6H 2 O	45g/l
H3BO3	35g/I
Zusatzstoff	Mäßig
PH	3.5
Temp	45℃
Zollverhältnis	3/10
Frequenz	1300 Hz
Stromdichte	5A
Anoden-Kathoden-Abstand	1100 mm
Kathodenbewegung	OK
Luftbewegung	OK

(3) Trägerverstärkung

Stoppen Sie die Elektroformung, wenn die Dicke etwa 2 mm erreicht, entfernen Sie den galvanisch geformten Teil, reinigen und trocknen Sie ihn und verstärken Sie ihn auf der Rückseite der galvanisch geformten Schicht. Zu den gängigen Trägermethoden gehören das Gießen von Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt, Epoxidharze und Lichtbogenspritzen. Unter anderem ist das Gießen von Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt komplex und erzeugt große thermische Spannungen; hochfestes Epoxidharz kann eine gewisse verstärkende Rolle spielen und aufgrund seiner guten Gießleistung in einen kleinen Raum eindringen und eine gleichmäßige und gleichmäßige Unterstützung bieten ^{[ 12 ]} ; Durch die Lichtbogenbeschichtung kann eine extrem hohe Haftfestigkeit zwischen der elektrogeformten Schicht erreicht werden.

Da Spritzgussformen im tatsächlichen Gebrauch häufig Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, sind die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Epoxidharz und elektrogeformter Schicht sehr unterschiedlich, was leicht zu Spannungen und Verformungen führen kann. Daher werden bei der Auswahl des Trägerverfahrens Lichtbogenspritzen und Epoxidharzgießen kombiniert. Zuerst wird eine Metallschicht auf die Rückseite der elektrogeformten Schicht aufgesprüht und dann wird Epoxidharz auf die Rückseite der aufgesprühten Schicht gegossen, um eine Trägerschicht mit starker Haftfestigkeit und gleichmäßigem Halt zu erhalten.

Da die Nickel-Galvanoformungsschicht relativ glatt ist, muss sie aufgeraut werden, bevor sie eine gute Verbindung mit der Lichtbogenspritzschicht eingehen kann. Durch die Verwendung einer 36# braunen Korund-Sandstrahl-Aufraubehandlung kann ein guter Aufraueffekt erzielt werden. Beim Lichtbogenspritzen wird eine Zn-A1-Pseudolegierungsbeschichtung mit geringen Kosten und einem guten Spritzprozess verwendet. Nach dem Sprühen können das Galvanoformteil und der Prototyp durch Erhitzen im Wasserbad getrennt werden, wobei der Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Prototyp und Metallgehäuse ausgenutzt wird. Bei Prototypen mit komplexer Morphologie kann zur Entformung eine chemische Auflösung eingesetzt werden.

Nachdem die Metallhülle und der Prototyp getrennt wurden, werden sie in den Formrahmen gelegt und das Ringharz auf die Rückseite gegossen. Nach dem Aushärten des Ringharzes kann ein Spritzgusshohlraum mit hoher Festigkeit und Härte sowie guter Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit erhalten werden.

(4) Beispiel

Mit dem FDM-Verfahren entsteht ein Prototyp mit einer komplexen Oberfläche, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer zu bearbeiten ist. Nach dem obigen Prozessablauf wird schließlich ein Spritzgusshohlraum mit hoher Maßgenauigkeit erhalten, wie in Abbildung 6-2 dargestellt:

Abschluss

In diesem Kapitel wird der schnelle Herstellungsprozess von Spritzgussformhohlräumen auf der Grundlage von FDM-Prototypen untersucht und eine einfache Prozessroute gefunden: FDM-Prototyp – Nachbearbeitung – chemische Ni-P-Legierungsbeschichtung – Elektroformung – Nickel-Sandstrahlen – Aufraubehandlung – Lichtbogenspritzen – Zn-A1-Pseudolegierung -Trennung des Epoxidharz-Trägers vom Prototyp-Formhohlraum.

Die Merkmale dieses Prozesses sind: Durch die Verwendung optimierter Prozessparameter zur Elektroformung von Nickel kann eine Nickel-Galvanoformungsschicht mit hoher mechanischer Festigkeit und Härte, guter Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit erhalten werden: Durch die Kombination von Lichtbogenspritzen und Epoxidharzgießen kann ein Träger mit starker Bindung erhalten werden und es wird eine gleichmäßige Unterstützung erreicht.

Am Beispiel der Formelektroformung eines FDM-Prototyps mit komplexer Oberfläche wird erläutert, dass durch die Kombination von chemischer Vernickelung, Puls-Elektroforming-Nickel und FDM-Formgebungstechnologie eine schnelle und wirtschaftliche Herstellung von Spritzgussformkavitäten erreicht werden kann. Dieses Verfahren eignet sich besonders für die Herstellung kleiner und mittelgroßer Formen mit komplexen Oberflächen.

Referenzen:

• [ 1 ] Huang Qiming, Wang Yungan. Forschung zur Präzisionskontrolle von Rapid Prototyping LOM. Machinery and Electronics, 1998, (3): 34~35 .
• [ 2 ] Tao Mingyuan, Han Ming. Analyse der LOM-Formgenauigkeit. Forging Machinery, 2000, (5): 12~13
• [ 3 ] P. Gu, May Yan, X. Huang, X. Zhang. Analyse der Maschinengenauigkeit für die schnelle Prototypenerstellung hochwertiger Komponenten. SPIE, 1998, Band 3517:91~101
• [ 4 ] Jack G. Zhou, Daniel Herscovici, Calvin C. Chen, Parametrische Prozessoptimierung zur Verbesserung der Genauigkeit von Rapid Prototyping-Stereolithographieteilen. International Journal of Machine Tools & Manufacturing, 2000,Vo1.40:363~379
• [ 5 ] Zou Guolin, Forschung zur Präzision der Schmelzabscheidungsmodellierung und zur Technologie der schnellen Formenherstellung (Doktorarbeit). Dalian: Technische Universität Dalian, 2002.
• [ 6 ] Qin Qixian, Guo Hetong, Liu Shulan et al., Galvanisierungsprinzipien und -technologie (zweite Auflage). Tianjin: Tianjin Science and Technology Press, 1993.304~
• [ 7 ] Guo Huilin, Hu Xinguo, Su Guipin. Forschung zum chemischen Beschichtungsverfahren für Nickel-Phosphor-Legierungen bei niedrigen Temperaturen. Journal of Northwest University (Natural Science Edition), 1996, 26(4): 307~310
• [ 8 ] Feng Wanqi, Han Xiuwen et al., Forschung zum Elektroformungsprozess von Spritzgussformen für Retroreflektoren. Electroplating and Finishing, 2000, 22(5): 5~9
• [ 9 ] Ren Honglie, Feng Liangwei. Technologie zur Herstellung von Kunststoffformen. Guangzhou: South China University of Technology Press, 1989.317
• [ 10 ] Zhou Xiangyang, Yang Jianhong, et al., Studie zum Prozess der Elektroabscheidung einer hellen Ni-Co-Legierung, Electroplating and Environmental Protection, 2000, 20(3): 14~16
• [ 11 ] Qin Qixian, Li Yaomin et al., Studie zur Elektroabscheidung von Ni-Co-Gradientenlegierungen, Electroplating and Finishing, 1999, 21(5): 6~8
• [ 12 ] Prasad KDVYarlagadda, Ismet P.Ilyas, Periklis Christodoulou. Entwicklung von Schnellwerkzeugen für das Blechziehen unter Verwendung von Nickel-Galvanoformung und Stereolithographieverfahren. Journal of Materials Processing Technology,200l,111:286-294