060427 SNABBARE VERKTYGSFRAMTAGNING GENOM DIREKT GJUTFORM - studie av olika metoder Studie inom projektet Verktygskompetens för tillverkningsindustrin Stefan Gustafsson Ledell Svenska Gjuteriföreningen Box 2033, 550 02 Jönköping Telefon 036-30 12 00 Telefax 036-16 68 66 info@gjuteriforeningen.se http://www.gjuteriforeningen.se
2004, Svenska Gjuteriföreningen
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN INNEHÅLLSFÖRTECKNING TILLKOMST 1 SAMMANFATTNING 2 1 INLEDNING/BAKGRUND 3 2 METODER FÖR FRAMTAGNING AV DIREKT GJUTFORM 4 2.1 Fräsning i sandblock ( Direct Mould Milling ) 5 2.2 Sintring i sand 5 2.3 3D printing 6 2.4 Sammanfattning Jämförande studie 8 2.5 Sammanfattning. - Jämförande studie 8 3 PRAKTISKA FÖRSÖK (3D PRINTING) 10 3.1 Beskrivning av försöken 10 3.2 Försök 1 Aluminium 11 3.3 Försök 2 och 3 Gråjärn 13 3.4 Försök 4 och 5 Stål 14 3.5 Dimensionsmätningar på form och komponent 16 3.6 Summering av försök 19 4 SLUTSATS/DISKUSSION 21 5 REFERENSER 22 Sida 6 BILAGOR 23 6.1 Bilaga 1 Ekonomisk jämförelse mellan olika metoder för verktygsframtagning 23 6.2 Bilaga 2 Besöksrapport för studieresa till Tyskland 25
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 1 TILLKOMST Denna rapport utgör delrapport för delprojektet P3 Snabbare verktygsframtagning genom direkt gjutform. Delprojektet innefattas inom projektet 1662 Verktygskompetens för tillverkningsindustrin. Resultaten i rapporten kommer utifrån företagsbesök, företagskontakter, litteraturundersökningar och praktiska försök. Rapporten är sammanställd av Stefan Gustafsson Ledell på Svenska Gjuteriföreningen i Jönköping. Deltagande partners i delprojektet P3 Snabbare verktygsframtagning genom direkt gjutform är: Leif Andersson, TDI, Stefan Gustafsson Ledell, SweCast AB, Jönköping Sven Mars, Broby modellindustri Krister Pettersson, Uddeholm Tooling, Hagfors. Bengt Sjöberg, TDI Erling Svensson, Volvo Cars Malin Syk, Svensk Verktygsteknik Boel Wadman, IVF Tomas Wikgren, Sandvik Kurt Wästerlid, Hästveda Gjuteri, Hästveda.
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 2 SAMMANFATTNING Denna rapport är en sammanställning av olika metoder för att ta fram snabbare verktyg för plåtformning. Idag tas dessa fram genom en polystyrenmodell som sedan bränns bort under gjutningen. Målet med projektet har varit att hitta en alternativ metod som är mer kostnads- och tidseffektiv, s k direkta gjutformstekniker, där gjutformen tas fram direkt, utan modell. Tre metoder tas upp i denna rapport; fräsning i sandblock ( Direct Mould Milling ), sintring av sand och 3D printing. Alla metoder har för- och nackdelar, men för dessa applikationer (plåtformningsverktyg) fungerar 3D printing metoden bäst. Fördelen med 3D printing är att metoden är snabb, komplicerade formar kan tillverkas, dimensionsnoggrannheten är hög samt att gjutning kan ske direkt efter tillverkning. Nackdelen är att storleken på objekt är begränsad (ca 1700x750x700 mm) samt att sanden inte går att återanvända. 3D printing metoden har också testats genom att ta fram en liten geometri som är relativt komplicerad. Målet var att se hur formarna går att hantera och hur formmaterialet hanterar olika material. I detta fall har aluminium, gråjärn och stål testats. Resultaten visar att det idag är fullt möjligt att gjuta mindre gjutgods i aluminium, gråjärn och stål med denna metod. Det är dock viktigt att blacka formarna för att undvika fastbränningar. Dimensionsnoggrannheten har mätts upp genom optisk mätning. Resultaten är mycket bra.
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 3 1 INLEDNING/BAKGRUND Idag ligger stort fokus inom tillverkningsindustrin på att minska ledtider och kostnader för framtagning av verktyg. Allt för att möta den konkurrens som kommer från exempelvis låglöneländer. Idag tillverkas stora verktyg för plåtformning med tillverkningsprocessen gjutning. Verktyget består av flera olika delar och materialet är som oftast av gråjärn, segjärn och/eller stål (se bild nedan). Bild 1 Typiskt verktyg för plåtformning [1] Processen för att tillverka dessa gjutna verktyg går normalt till på följande sätt; En polystyrenmodell tillverkas genom fräsning varvid den formas in i gjutsand. Smältan hälls sedan på polystyrenmodellen som förångas och smältan tar modellens plats (se bild nedan).
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 4 Bild 2 Tillverkning av polystyrengjutning [2] Denna process har både för- och nackdelar. Fördelarna är att metoden är flexibel och tillverkningstiden är relativ kort. Nackdelarna med metoden är att dimensionsnoggrannheten är relativt dålig, svårt att tillverka komplicerade geometrier samt att det tar relativt lång tid från färdig CAD geometri till färdig modell. Målet med detta projekt är att hitta metoder som är mera kostnads- och tidseffektiva än dagens tekniker, s k direkta gjutformstekniker. Delprojektet har valt att undersöka följande metoder för framtagning av snabbare verktyg: Fräsning i sandblock ( Direct Mould Milling ) Sintring av sand 3D printing Förutom dessa tre finns naturligtvis andra metoder att ta fram formar snabbt genom direkt gjutformsteknik.
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 5 2 METODER FÖR FRAMTAGNING AV DIREKT GJUTFORM 2.1 Fräsning i sandblock ( Direct Mould Milling ) Fräsning i sandblock är en metod där man fräser ut formen ur ett härdat sandblock. Fräsen som används är normalt en vanlig 5 axlig fräsmaskin. Storleken på formarna som kan tillverkas beror således på fräsmaskinens storlek. Det går i praktiken att använda alla typer av kemiskt bunden sand och valet beror till stor del av vilket material som kommer att gjutas i formen. Det som styr toleranserna i denna metod är val av kornstorlek på sanden. Fördelar Nackdelar - Snabb framtagningstid - Tillverka stora komponenter/formar - Begränsningar när det gäller geometrival och djup på håligheter som ska tillverkas. - Toleranserna blir mindre bra om man har djupa håligheter. - Går inte att återanvända sanden. Bild 3 Fräsning i sandblock [3] 2.2 Sintring av sand Metoden att sintra sand och på sätt bygga upp formen har funnits i ett antal år. Ett sandlager läggs ut på en platta. En laserstråle sveper över sandlagret och sintrar ihop sandkornen. Därefter läggs ett nytt sandlager ut och proceduren fortsätter på samma sätt tills formen är uppbyggd. Därefter
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 6 härdas formen för att erhålla den styrka och hårdhet som krävs för att möjliggöra att gjuta i den. Bild 4 Principen för lasersintring [4] Bild 5 Exempel på sintringsutrustning (ESO-maskin) [5] Fördelar Nackdelar - Går att tillverka i stort sett alla möjligt geometrier - Bra toleranser - Snabb framtagningstid - Sanden går inte att återanvända - Formen är väldigt skör efter tillverkning - Begränsning i storlek. Den maximala storleken på objekt är idag längd 720 mm. 2.3 3D Printing 3D-printing av sand är en ny metod som bara har funnits i ett antal år. Däremot har tekniken att bygga upp geometrier i gips/stärkelse funnits en längre tid. Sand och bindemedel blandas i en behållare. Ett sandlager läggs ut på en stålplatta (1). Därefter sveper ett printerhuvud över sandlagret och
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 7 aktiverar bindemedlet genom att släppa ett nytt bindemedel på sanden (2). Sanden härdas så fort droppen träffar sanden. Det fungerar som ett tvåkomponentlim. Ett nytt lager läggs ut och proceduren upprepas tills formen är uppbyggd (3-5). Varje lager av sand är 250 µm tjockt och den bygger ett lager på ca 65 s. Det går sedan att gjuta i formen direkt efter det att den är tillverkad men den är som hårdast ca 4-8 timmar efter tillverkningen. Bild 6 3D Printing (ProMetal) [6] Idag används kvartsand och furanbunden sand. Det pågår dock utveckling med kromitsand som är bättre vid gjutning av gjutjärn. Metoden är anpassad för att gjuta i aluminium, men det fungerar även att gjuta mindre komponenter med gråjärn och stål (se avsnitt 3). Det är viktigt att blacka formen för att undvika att sanden bränns fast i gjutgodset. Formen är ganska porös så att det behövs i många fall inga avluftningar. Bild 7 Fräsning i sandblock [7]
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 8 Fördelar Nackdelar - Går att tillverka i stort sett alla möjligt geometrier - Bra toleranser - Snabb framtagningstid - Det går att gjuta direkt när formen är tillverkad - Sanden går inte att återanvända - Det är tidskrävande att ta bort all lös sand som finns i formen efter tillverkning. - Begränsning i storlek. Den maximala storleken på objekt är idag 1500 x 750 x 700 mm. 2.4 Övriga metoder 2.5 Sammanfattning. - Jämförande studie Det finns naturligtvis andra metoder för framtagning av formar utan modell. En teknik som kan nämnas är en vidareutveckling av fräsning i sand, där man med hjälp av en robot bearbetar formen till önskat utseende. Detta gör att tekniken blir mera flexibel och att mer komplicerade formar kan tillverkas än genom traditionell fräsning [8]. Tekniken är utvecklad av VTT i Finland tillsammans med de finska gjuterierna. Nedanstående tabell visar en jämförelse mellan dessa tre metoder och dagens metoder för att framställa plåtformningsverktyg. Visa av värdena har stort spann mellan lägsta och högsta vilket beror på storleken på komponenten eller formen. När det gäller tiderna som är angivna så har inte hänsyn tagits till beläggning i maskinerna utan man har antagit att det inte finns några väntetider.
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 9 Tabell 1 Jämförelse mellan metoder för verktygsframtagning (tekniska specifikationer) Tekniska specifikationer Metod Företag (kontakt/besök) Maxmått 2400*1400*80 0 (beror på fräsen) Tid: Förberedelse (CAD) 1 Tid: Framtagningstid Tid: Efterhantering Fräsning sandblock 3D-printing Laser-sintring Fräsning Frigolit Actech ProMetal ITT Flygt Broby/ Hästveda 1500*1200* 5000*2700* 700 1500 500*200*200 (max 720*380*380) X 2 0,5 h X 2 3 h 4-10 h 10-24 h 12-24 h 4 h X 2 2-8 h 4-10 h (härdning av form) Sand/Bindemedel Alla Kvartsand, furan Återanvändning av formmaterial Croning (5 % bindemedel) 2 h Nej Nej Nej Nej Formhantering OK OK Eftervärmebehandling OK Blackning Beror på Beror på Beror på Ja material material material Gjutmaterial Alla Al Alla Alla (Järn, stål ) 3 Begränsningar < 200 mm Inga Inga Inga Utformning hålrum Tolerans, form 0,3 mm 0,2 mm X 2 0.3 - Pris maskin Som en vanlig fräs 9500 kkr 6500 kkr 650 kkr 1 Förberedelse: Tiden det tar att preparera CAD modellen för tillverkning (CAD). Framtagning: Tiden det tar att framställa en komponent/gjutform (Maskintid) Efterhantering: Tiden det tar från det att formen är framställen tills det går att gjuta i formen. Formhantering: Är det möjligt att hantera formen direkt efter tillverkningen? Tolerans: Beror på sandkornstorleken. 2 Ingen uppgift 3 Är utvecklad för aluminium, men fungerar också för mindre komponenter i gråjärn och stål (resultat från detta projekt)
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 10 3 PRAKTISKA FÖRSÖK (3D PRINTING) 3.1 Beskrivning av försöken 3D printing är en relativt ny metod för framtagning av sandformar. Ett antal praktiska försök har utförts för att testa hur olika material beter sig i formen och vad som är begränsningen med metoden. Formarna är tillverkade av ProMetal i Augsburg. Geometrin som togs fram ska likna ett normalt verktyg i förminskad skala. Modellen innehåller många komplicerade moment som motsläpp och undercuts. Bild 8 Försöksgeometri (CAD modell) Bild 9 Försöksgeometri (de tillverkade formarna)
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 11 Följande försöksserie har genomförts. Tabell 2 Försöksserie Försök Material Blackad Tillverkare 1 Aluminium Nej Gjuteriföreningen 2 Gråjärn Nej! Hästveda Gjuteri 3 Gråjärn Ja! Flöde Hästveda Gjuteri 4 Stål Nej! Uddeholm Tooling 5 Stål Ja! Flöde/Pensel * Uddeholm Tooling * Formarna blackades med två olika typer av black Försöken har utvärderas på följande moment: Generell bedömning av gjutningen Bedömning av gjutgodset Ytfinhet på komponenten Blackning Fastbränningar Dimensionsnoggrannhet på formen (innan gjutning) Dimensionsnoggrannhet på komponenterna 3.2 Försök 1 Aluminium Aluminiumgjutningarna genomfördes på Skandinaviska Gjuteriskolan som tillgör Svenska Gjuteriföreningen. Eftersom nedloppet var väldigt kort så höjdes det genom att bygga på formen med ett tillfälligt nedlopp (se bild 11). Följande process- och materialdata användes vid försöken: Material: Gjutform: SS4253 (AlSi10Mg) Över läpp Gjuttemperatur: 720 C Blackning: Övrigt: Nej! Smältan natriumbehandlades innan gjutningen för att minska oxidbildningen.
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 12 Bild 10 Borttagning av lös sand Bild 11 Precis innan gjutningen Bild 12 Gjutning
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 13 Resultat Bild 13 Färdigt gjutgods Mycket lös sand i formarna vilket gjorde att det tog långt tid att få bort all sand samtidigt som det var svårt att få bort all sand. Ytan på gjutgodset upplevdes väldigt grov för att vara aluminium i sandform. Defekter uppkom på ytan. Förmodligen berodde detta på för lite avluftningar eller oxider i smältan ( dålig smälta ). Formmaterialet upplevdes som normalt under gjutningen. Inga problem uppkom under gjutningen. 3.3 Försök 2 och 3 Gråjärn Gjutningarna i gråjärn utfördes på Hästveda Gjuteri i Hästveda. Följande process- och materialdata användes vid försöken: Material: Gråjärn SS 0120 Gjutform: Över läpp Gjuttemperatur: 1340 C Blackning: Försök 2: Nej! Försök 3: Ja! Flödesblack
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 14 Bild 14 Färdigt gjutgods, oblackat Resultat Bild 15 Färdigt gjutgods, flödesblackad Inga problem under gjutningen noterades Ytan på gjutgodset upplevdes finare än normalt. Gjutgodset som ej var blackat fick också fina ytor. 3.4 Försök 4 och 5 Stål Gjutningarna i stål utfördes på Uddeholm Tooling i Hagfors. Följande process- och materialdata användes vid försöken: Material: Gjutstål???
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 15 Gjutform: Bottentömmande skänk Gjuttemperatur: 1560 C Blackning: Övrigt: Försök 4: Nej! Försök 5: Ja! (Ena formhalvan med penselblack och den andra med flödesblack). För att underlätta formningen packades formarna in i olivinsand. Dessutom sattes en keramisk ingjutstratt på formen för att underlätta gjutningen. Bild 16 Färdigt gjutgods, penselblackad Bild 17 Färdigt gjutgods, oblackad
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 16 Bild 18 Färdigt gjutgods, flödesblackad Resultat Formarna upplevdes porösare än normalt. Penseldragen syns dock väl på den penselblackade formen. Med ett bra flödesblack så kommer resultatet bli väldigt bra. Ytan på gjutgodset upplevdes finare än normalt. Framförallt den blackade ytan. På det oblackade gjutgodset bildades fastbränningar. Detta kommer att försvåra bearbetningen. Vissa ytdefekter uppkom på gjutgodset. Detta beror på fukt i formarna och är enkelt att åtgärda. Inga problem noterades under gjutningen. 3.5 Dimensionsmätningar på form och komponent Dimensionsmätningarna är gjorda genom optisk mätning av Svensk Verktygsteknik i Luleå. Formarna mättes upp och jämfördes med ursprunglig CAD-modell. Avvikelserna visas på bilden nedan.
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 17 Bild 19 Dimensionsavvikelser mot CAD modell Resultatet visar att den uppmätta formen inte avviker mer än max 0,2 mm från ursprunglig CAD-modell vilket är mycket bra. Mätningar utfördes också på de framtagna gjutgodsen för att sedan jämföra med ursprunglig CAD-modell. Resultatet visas nedan. Mätningarna visar krympningen på djupet. Bild 20 Dimensionsmätning av verkligt gjutgods i aluminium
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 18 Bild 21 Dimensionsmätning av verkligt gjutgods i gjutjärn (blackat) Bild 22 Dimensionsmätning av verkligt gjutgods i stål (blackat)
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 19 En summering av krympningen redovisas i tabellen nedan. Tabell 4 Dimensionsmätningar Material Krympning, standardvärden (%) Aluminium 1 Gjutjärn (blackat) 1 Stål (blackat) 2 Mått, CAD (ursprungligt) [mm] Mått, efter svalning [mm] Krympning, uppmätt (%) Djup=50 49,41 1,20 Längd=240 237,65 0,98 Bredd=240 237,59 1,00 Djup=50 49,36 1,28 Längd=240 236,90 1,29 Bredd=240 236,84 1,32 Djup=50 48,74 2,52 Längd=240 235,03 2,07 Bredd=240 234,93 2,11 Resultat Den uppmätta formen avviker inte mer än max 0,2 mm från ursprunglig CAD modell vilket är mycket bra. Krympningen av gjutgodset (formen) är normal. 3.6 Summering av försök Försöken med 3D printing metoden kan summeras enligt nedan: Resultaten blev mycket bättre än förväntat. Framförallt när det gäller gjutningar i stål och gjutjärn. Det är fullt möjligt att idag gjuta mindre komponenter i stål och gjutjärn med denna metod. Blackning är ett måste för att inte sanden ska brännas fast vid ytan och försvåra bearbetningen. Ytfinheten på gjutgodsen upplevdes för aluminium grövre än normalt och för stål och gråjärn finare än normalt. Inga defekter erhölls som kan härledas till formmaterialet. Hanteringen av formarna upplevdes inte som något problem. I alla fall inte för dessa storlekar.
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 20 Formarna upplevdes väldigt porösa med mycket lös sand. Det kan i vissa fall vara tidsödande och svårt att få bort all lös sand innan gjutning. Dimensionsnoggrannheten hos formarna är mycket god. Avvikelserna mot ursprunglig CAD-model är endast max 0,2 mm. Krympningen av gjutgodsen (formarna) är också normal.
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 21 4 SLUTSATS/DISKUSSION För att snabbare tillverka verktyg för plåtformning har tre metoder testats och undersökts. Den metod som både praktiskt och ekonomiskt är mest intressesant i dagsläget är 3D printing. 3D printing metoden är idag så bra utvecklad att tekniken kan användas på följande verktygsdetaljer. Klippstål Fixturer Prototyper m.m. Eftersom det idag finns begränsningar i storlek på gods så går det inte att tillverka riktigt stora formar. Det blir också problem med hantering av dessa formar. Om tekniken ska användas för tillverkning av stora verktyg måste förmodligen 3D printing maskinen placeras på gjuteriet. Det finns en stor utvecklingspotential för 3D printing. Följande kan nämnas: Miljö- och återanvändning av sanden Storlek på objekt som kan tillverkas Tillverkningstiden kan kortas ytterligare Limning av olika delar. Eftersom riktigt stora komponenter inte kan tillverkas bör man kunna limma ihop olika delar. Robotiserad teknik. Använda en robot istället för ett printerhuvud optimerar processen ytterligare. Om denna nya teknik ska implementeras i dagens verksamhet måste en del saker i utvecklingsprocessen ändras. Idag så är CAD-underlaget som skickas till modelltillverkare inte färdigt utan vissa delar som radier o s v kan justeras senare på den färdiga modellen (polystyren). Om man använde någon av de metoderna som finns beskrivna i rapporten måste CAD-underlaget vara helt färdigt när det kommer till tillverkaren. Detta innebär att konstruktionsavdelningen måste arbeta på ett annat sätt för att detta ska fungera.
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 22 5 REFERENSER 1 Verktyg from Volvo Cars, Olofström. 2 http://www.gkf.info/paddling/utrustning/kajakbygge/kajakclapo tis/2%20-%20frasning/kajakclapotis02.htm. 3 http://www.actech.de/en/html/direct_mold_milling.html. 4 Åström, Greta; Några aspekter på sintring av MMC, Examensarbete 20p, Magisterprogrammet 160p, Örebro, 2002. 5 http://www.eos.info/default.htm. 6 http://www.prometal-rct.de/. 7 http://www.prometal-rct.de/. 8 Ingves Bo; Gjutformar utan modell sparar tid och pengar, Finland Levererar 1-05, 2005.
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 23 6 BILAGOR Bilaga 1 Ekonomisk jämförelse mellan olika metoder för verktygsframtagning För att få någon uppfattning om vad det kostar att ta fram en gjutform för respektive metod så gjordes en enkel studie som redovisas nedan. Nedan visas en jämförelse mellan vad det kostar att ta fram en form med olika metoder. Som referens valdes ett vanligt verktyg för plåtformning (se bild 23 nedan). Bild 23 Referensverktyg [1] Priserna har erhållits från de olika tillverkarna. Nivåerna som anges i tabellen är inte priser utan är ett referensmått jämfört med fräsning i frigolit. Det är svårt att jämföra priser på detta sätt eftersom det finns andra saker som också påverkar priset såsom leveranstid. Dessutom är ProMetal inget företag som säljer prototyper eller tillverkar formar utan levererar bara maskinerna. Detta bör beaktas när nedanstående tabell läses. För att tydligare se prisskillnader mellan de olika metoderna måste en mer noggrann undersökning genomföras.
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 24 Tabell 5 Jämförelse mellan metoder för verktygsframtagning (ekonomiska specifikationer) Ekonomiska specifikationer Metod Fräsning sandblock 3D-printing Lasersintring Fräsning Frigolit Företag Actech ProMetal ITT Broby/ (kontakt/besök) Hästveda CAD 1 2,5 - X 3 - Tillverkning 6,5 - X 3 - form 2 Totalt 9,0 3,0 X 3 1 1 Inkl. hantering av CAD filer och eventuellt programmering 2 Endast tillverkning av formen. 3 X = ingen uppgift
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 25 Bilaga 2 Besöksrapport för studieresa till Tyskland Datum: 23-25 maj 2005 Besök: Närvarande: ACTech, Freiberg ProMetal, Augsburg Stefan Gustafsson Ledell Sven Mars Krister Pettersson Malin Syk Erling Svensson Kurt Wästerlid Gjuteriföreningen (Del PL) Broby Modellindustri Uddeholm Tooling Svensk Verktygsteknik Volvo Hästveda Gjuteri AB
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 26 ACTECH Adress: Träffade: FÖRETAG: Metoder: Arbetsflöde: Övrigt: Halsbrücker Strasse 51, D 09599 Freiberg / Sa. Arne Laugswitz - Bildades 1995-150 anställda - Tillverkar prototyper för framförallt fordonsindustrin. Har visioner att vara mer än bara ett prototypföretag, tar även ansvar för konstruktion och beredning. - Har eget gjuteri. Gjuter nästan alla prototyper själva. Kan gjuta Al, Stål, Järn upp till 300 kg. Har 6 st smältugnar upp till 950 kg. - Eget testlaboratorium med bl a röntgen, 3D scanning, mekanisk provning. Alla komponenter röntgas - Tillverkar ca 10 000 prototyper/år - Har ca 600 kunder (70 % bilindustri, 20 % Aerospace, 10 % övrigt) - Har CAD (Catia, ProE, Unigraphics) och gjutsimuleringsprogram (ProCast) Lasersintring (EOS) Fräsning i sand (Direct Mould Milling) Förfrågan Säljaren tar reda på kraven på komp. Val av framställningsmetod Går vidare till gjuteri ingenjörerna (18 st) som förbereder formen, utformar ingjutssystem och ev. simulerar Går vidare till gjuteriet som godkänner upplägget. Personal i gjuteriet lägger ihop formen inkl. kärnor och lösa formdelar gjuteriet gjuter Rensning och bearbetning Har all kunskap i huset för att tillverka en form på bästa sätt. Tillverkar idag verktyg för plast, men inte för metalliska material.
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 27 Lasersintring Antal maskiner: 8 st EOS maskiner. Beskrivning av metoden: Ett sandlager läggs ut på en platta. En laser gör sedan att sankornen sintras ihop. Därefter läggs ett nytt sandlager ut. Storlek på objekt: Sand/Bindemedel: Återanvändning/Miljö: Sandformen (Hållf) Hantering: Max längd 720 mm. Minsta godstjocklek 2,5 mm. Croning med 5 % bindemedel. Går inte att återanvända. Formen är väldigt skör efter lasersintring, rengörs från lös sand och härdas därefter i ugn. Blackning:? Gjutmaterial: Gråjärn, Segjärn, Aluminium, Stål (?). Begränsningar, Form komplexitet: Finns inga begränsningar med metoden. Däremot är formen mycket ömtålig direkt efter tillverkningen så att det kan vara svårt att hantera en komplicerad form. Toleranser:? Leveranstid: 1,5 veckor till hopsättning av form. Tid: - Förberedelse? - Tillverkning 20-25 h - Efter hantering 4-10 h (härdning m.m.) - Gjutning m.m.? - Leveranstid? Pris: En EOS maskin kostar ca 650 000. Priset för framtagning av prototyper är högre jämfört med konkurrenterna. De satsar på kvalitet och helhetskoncept.
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 28 Fräsning i sand (Direkt mould Milling) Antal maskiner: Beskrivning av metoden: Storlek på objekt: Sand/Bindemedel: Återanvändning/Miljö: Sandformen (Hållf) Hantering: Blackning: 2 st 5 axliga HSC milling maskiner En vanlig fräs som bearbetar fram formen. Maxmått är 2400 x 1400 x 800 för deras maskin. Det är endast maskinen som är begränsningen. Alla sorters sand som är kemiskt bunden kan användas. Detta beror på vilken metall som ska användas. Går inte att återanvända sanden. Lika hållfast som en traditionell gjutform Behövs oftast, och beror på material och temperatur m.m. Gjutmaterial: Begränsningar, Form komplexitet: Toleranser: Aluminium och gråjärn fungerar bra. Osäkert med stål. Komplicerade kärnor och formar tillverkas var för sig och limmas ihop. Kan maximalt fräsa hål som är 200 mm djupa. Går inte att tillverka undercuts. Garanterar 0,3 mm, men i bästa fall är det kornstorleken som bestämmer d v s ca 0,17 mm. Tid: - Förberedelse? - Tillverkning 4-10 h - Efterhantering? - Gjutning m.m.?
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 29 Pris: Övrigt: Priset för fräsen är samma som en vanlig fräsmaskin. Priset för framtagning av gjutgods beror helt på vilken leveranstid som kunden eftersträvar och komplexitet på komponenten. Är dyra jämfört med konkurrenter. De satsar på kvalitet och helhetskoncept. Säljer licenser på denna metod, d v s Direct Mould Milling vilket medför att man ger support m.m. Besök i gjuterihallen Fräsmaskinen som fräste ur sandblock Exempel på fräst formblock. De höga kärnorna är tillverkade av flera cylindrar och sedan ihop limmade.
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 30 PROMETAL Adress: Träffade: Am Mittleren Moos 41, D 86167 Augsburg Stephane Morvan, ProMetal Jerzy Puterman, Gradnings- och Maskinteknik FÖRETAG: - Började att utveckla metoden på universitetet i München 1999. År 2000 startades Prometal. - Utför bara själva formtillverkningen, ingen kunskap om gjutning och formens utseende för gjutning. - Har samarbete med ett gjuteri och kan leverera färdiga gjutgodsprototyper. Metoder: Arbetsflöde: Övrigt: 3D printing - Mottagande av stl-fil - Placera ritningen i programmet som styr tillverkningen av sandformen - Starta tillverkning - Rengöra sandform från lös sand Mycket forskning sker i att förbättra metoden. Deras prioriteringsordning är - Sanden - Bindemedel - Större maskin 3D printing Antal maskiner: Beskrivning av metoden: Storlek på objekt: Tillverkar maskiner. Sand och bindelmedel blandas. Läggs sedan ut lager för lager på en stålplatta. Efter att varje lager läggs ut sveper ett printerhuvud över sandytan och tillför ett bindemedel som gör att sanden härdar så fort droppen träffar sanden. Tiden som det tar för droppen från skrivaren att nå sanden är väldigt viktig. Ett nytt lager sand läggs ut. Detta upprepas till hela formen är tillverkad. Varje lager är 250 µm tjockt och den bygger 1 lager på ca 65 s. Det går att ändra både printerns hastighet och tjockleken på sandlagren. Det går att gjuta i formen direkt efter tillverkningen men den blir hårdare om den får härda i 4-8 h. 1500 x 750 x 700 mm Större modeller går att tillverka i delar och sedan limma ihop. Metoden begränsar inte storleken, men idag finns inga större maskiner.
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 31 Sand/Bindemedel: Återanvändning/Miljö: Sandformen (Hållf) Hantering: Blackning: Kvartsand, furanbunden (Silica). Har även testat kromitsand för gråjärn. Går ej att återanvända sanden Sandformen går att gjuta i direkt efter framtagning men är dock fullt härdad efter ca 4-8 h. Måste vara ganska försiktig när man tar ut formen ur sandblocket. Det går att göra formen hårdare genom att tillsätta mera bindemedel. Det går att transportera formen direkt efter gjutning. Behövs troligen inte. Eventuellt för ytfinheten. Gjutmaterial: Begränsningar, Form komplexitet: Toleranser: Aluminium. Osäkert om det går med gjutjärn och stål. Eventuellt måste man ha ett annat formmaterial. Det finns i stort sett inga begränsningar med denna metod, när det gäller utformningen på formen. 0,2 mm Tid: - Förberedelse 0,5 h (Det enda som behövs är en stl-fil) - Tillverkning 10-24 h - Efterhantering 4 h (sandrensning) - Gjutning m.m. - - Leveranstid 0,5-2 veckor inkl gjutning Pris: ca pris 950 000 för en maskin. Övrigt: - Det bildas inte mycket gas under gjutningen eftersom formen är ganska porös. - En av fördelarna är att man kan tillverka flera gjutformar i samma sandblock. Det går att lägga gjutformarna precis som man vill.
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 32 I denna box byggs sandformen upp. I botten finns en stålplatta som sanden läggs ut på. Boxen körs in i 3D printing maskinen. CAD-filen på komponenten eller formen läggs in i ett enkelt datorprogram. Därefter bestäms antalet formar som skall tillverkas och hur de ska ligga i boxen. Printerhuvud som går över sandlagret. Sanden blandas med ett bindemedel innan det går in i maskinen. Efter tillverkningen använder man en dammsugare för att suga upp sanden.
SVENSKA GJUTERIFÖRENINGEN 33 Formen vi tillverkade och fick med oss hem. Man får också använda tryckluft för att få bort all sand. Projektgruppen fick också jobba. Exempel på komplicerat gods. Exempel på komplicerat gods. Exempel på komplicerat gods. Detta är en kärna till en ventilerad bromsskiva.