TMPT06 Material & materialval

Transkript

1 TMPT06 Material & materialval Del 2 av 2 Kerstin Johansen Industriell Produktion Baserat på kursboken Manufacturing Processes for Design Professionals av Rob Thompson

2 Metaller Vanliga material som ni möter Stål, Koppar, Aluminium, Titan, Magnesium, Legeringar som ger konstruerade egenskaper hos materialet Polymerer I folkmun = plast, men se upp här! Det finns många typer av polymerer! Två huvudgrupper! Keramer Icke-metalliska material som skapas vid höga temperaturer Betong, kakel, glas, Naturliga material Träbaserade material, t ex plankor, papper, spånskiva Textila fibrer som baseras på naturliga fibrer, t ex ull, lin, bomull 2

3 Vad är en keram? Ett oorganiskt icke-metalliskt material Kemisk förening mellan en metall och en icke-metall; t ex Kisel och Kol som ger Kiselkarbid (SiC) Tillverkas oftast av lera eller andra mineraler Keram bildas genom att tillföra hög värme länge Värmen gör att materialet genomgår en irreversibel fysisk och kemisk förändring Exempel på keramer: Cement, Betong, Tegel, Kakel och Glas 3 Källor: Ashby, M.F., 2009, Materials and the Environment; Thompson, R., 2007, Manufacturing Processes for Design Professionals och

4 Keramers uppbyggnad Struktur 1(2) Kristallin struktur dominerar Alltså, ett fast ämne med regelbunden struktur Exakt upprepning av strukturen i alla 3 dimensionerna = tät packning kan uppnås. Face Centered Cubic (kubiskt ytcentrerat): Hexagonal tätpackning (HCP) Ju mer tätpackat desto högre densitet. Källa/Bilder: 4

5 Keramer uppbyggnad Struktur 2(2) Amorf struktur förekommer => glas är amorft Inte ens kristallglas är kristallint Kristallglas har tunga ämnen som tillsatser; t ex blyoxid Ger ett relativt mjukt glas som kan slipas Har högt brytningsindex vilket ger en glittrande reflex Glasets amorfa struktur fås genom kylning av en flytande vätska Källa: Ashby, M.F., 2009, Materials and the Environment, p.328 och 5

6 Typiska egenskaper hos en keram Hårda och spröda => hög elasticitetsmodul Värmebeständiga => hög smältpunkt Tål inte spänningar Försvagas lätt av sprickor Bakterier kan inte reagera med materialet Icke elektriskt ledande Korroderar inte I allmänhet kemiskt stabila Källa: Ashby, M.F., 2009, Materials and the Environment 6

7 Tillverkning av keramer Val av tillverkningsmetod beror på komponentens: Geometri Seriestorlek Krav på egenskaper Keramer tillverkas genom kompaktering av pulver Sintring efteråt i hög temperatur Sintring = process där fasta partiklar sammanfogas vid höga temp sintringstemp < smältpunkten Källa: 7

8 Formning av keramer 1(2) Slamgjutning Fungerar bra för komplexa geometrier Ger ett material som har god homogenitet Vanligtvis används gips i formen Tejpgjutning Används vid tillverkning av tunna skikt t ex membran eller sensorer Tjocklek um Direktkonsolidering Pulver omvandlas direkt till enkla geometrier utan pulverkompaktering Passar för små tillverkningsserier Källa: 8

9 Formning av keramer 2(2) Pressning Mycket vanlig industriell metod för enkla geometrier i stora serier Används ofta till dentalprodukter Formsprutning Optimal för stora serier av små produkter Det polymera bindemedlet bränns bort innan sintring Friformsframställning (FFF) Rapid Prototyping Komponenten byggs upp lager för lager Källa: 9

10 Naturliga material - Trä Tillverkningsprocesser CNC bearbetning (s ) Laminering av trä (s ) Ångböjning (s ) Pappersmassegjutning (s ) Källa: Thompson,

11 Trä Många olika materialtyper 11 Exempel på materialtyper Träplanka Spånskiva MDF-board Medium-Density Fiber Plywood Massonite Papper Pappersmassa Cellulosafiber Exempel på träslag Ek Körsbär Al Björk Gran Furu Bambu

12 CNC-bearbetning av trä Används för svarvning, fräsning, borrning mm. Har en låg verktygskostnad Ger en låg kostnad per producerad komponent Är en väldigt flexibel maskin Passar alla typer av produktionsvolymer Tiden i maskinen beror på hur komplex komponenten är Bra ytfinish som kan förbättras genom t ex slipning Maskinen är väldigt automatisk CNC kan användas till i stort sett alla material så också trä! Källa: Thompson,

13 Montering av träprodukter Denna process betydligt mindre automatiserad Här dominerar hantverket och den manuella processen Det kräver tid => högre lönekostnader Automation kostar i maskininvestering Ofta fogar man med vitlim i träprodukter Plugg eller pluggliknande form på t ex ett ben eller en ryggpinne på en pinnstol Källa: Thompson,

14 Laminering av trä Låg verktygskostnad En lagom kostnad per producerad produkt Allt från en-stycks-tillverkning till medium-stora volymer Cykeltid: Medium långa cykeltider Ger väldigt hög kvalitet Källa: Thompson,

15 Finns 3 huvudtyper av laminering Kerfing Här gör man skåror i trät som möjliggör böjning vid laminering Böjträ laminering Här limmar man plankor till stora limträbalkar Fanér laminering Här limmar man tunna fanér-skivor mot varandra och böjer Källa: Thompson,

16 Ångböjning Låg verktygskostnad Relativt hög till hög tillverkningskostnad Väldigt lång cykeltid upp till 3 dagar! Ger väldigt bra kvalitet och hög styrka Allt från en-stycks-tillverkning till hög volym Källa: Thompson,

17 Metoden ångböjning Liknar väldigt mycket rörböjning Hårda träslag är mer lämpade för ångböjning än mjuka. Man förbereder komponenterna till rätt form t ex svarvning Sen badar man dessa i 24 timmar i 60-gradigt vatten Därefter ångtrycker man de i 1-3 timmari 104-gradig vattenånga Detta medför att ligninet plasticerar lagom mycket för böjning Sen böjer man trät runt en fixtur till önskad form Därefter torkar man komponenten i 2 dygn i sin fixtur i ca 80 gradig värme. Källa: Thompson,

18 Gjutning av pappersmassa Låg till mellankostnad för verktygen Låg till mellanhög kostnad per produkt Snabb cykeltid men kräver ca 15 minuter torktid Väldigt varierande kvalitet Ger äggkartongsstruktur på produkterna! Källa: Thompson,