Feasibility study and manufacture of injection molded thermoplastics, Part 2

5. VÝB�R VARIANTY TECHNOLOGIE VST�IKOVÁNÍ

Ze základní technologie vst�ikování se postupem doby odvodila celá �ada modifikací, které do vývoje a konstrukce mohou vnést svá specifika. Výše uvedené postuláty obvykle, p�i jakékoliv variant� technologie vst�ikování, jsou platné.

P�ehled hlavních variant standardní technologie vst�ikování termoplast�:

 - standardní postup - zav�ení vst�ikovací formy - vst�ik polymerní taveniny do tvarové dutiny formy - dotlaková fáze - fáze chlazení a plastikace (dávkování ) - otev�ení formy - vyhození výst�iku z formy:termoplastický materiál ve form� granulí je v plastika�ní jednotce (obvykle šnekové nebo pístové) teplem p�eveden do taveniny a p�es rozvodný systém formy (studený, horký nebo kombinovaný) dopraven do tvarové dutiny formy, kde vlivem tlaku, který ovliv�uje smršt�ní - rozm�rové zm�ny - ji vyplní a p�evezme její tvar - plast p�edává form� teplo a v d�sledku ochlazování ztuhne ve finální výst�ik, který je z formy vyhozen a cyklus se opakuje   

 - více komponentní vst�ikování - vytvá�ení výst�ik� z více polymerních materiál� o r�zných vlastnostech

 - kaskádové vst�ikování - postupné pln�ní tvarové dutiny formy horkým vtokovým systémem s jehlovými tryskami ovládanými hydraulicky, pneumaticky nebo elektromagneticky - odstran�ní studených spoj�

 - vst�ikování s vyu�itím systému Dynamic Feed - vyu�ití horkého jehlového vst�ikovacího systému s m��ením tlaku v jednotlivých v�tvích rozvodu ve zp�tné vazb� k výrob� r�zných výst�ik� z tého� materiálu v jedné form�

 - vst�ikování s podporou plynu – GIT - Gas Injection Technology - výroba dutých výst�ik�, kdy dutinu vytvo�í tlak inertního plynu, mo�nost eliminace nap�íkpad propadlin na vzhledových plochách nebo zpevn�ných okraj� díl�

 - vst�ikování s podporou vody – WIT - Water Injection Technology - obdoba technologie GIT, která k vytvo�ení dutin vyu�ívá vodu - zrychlení procesu, rovnom�rn�jší kvalita vnit�ních povrch�

 - výroba výst�ik� se st�nami malých tloušt�k - o tom, zda se jedná o díly s malými tlouš�kami st�n, nerozhoduje absolutní hodnota jejich tloušt�k, ale pom�r tlouš�ky k délce toku taveniny tvarovou dutinou formy s p�íslušnou tlouš�kou

 - vst�ikování strukturn� leh�ených termoplast� - p�i pou�ití chemického nebo fyzikálního zp�sobu nadouvání vst�ikování výst�ik� s povrchovou kompaktní vrstvou a jádrem tvo�eným pórovitou strukturou - jakost povrchu výst�ik� není vzhledová

 - technologie vst�ikování MuCell - pórovitá struktura vzniká ji� ve speciální plastika�ní jednotce, výst�ik má pórovitou strukturu v celém pr��ezu - jakost povrchu není vzhledová - nutno platit licen�ní poplatky - na trhu jsou k dispozici obdobné technologie bez licence

 - mikro vst�ikování - výroba p�esných výst�ik� malých rozm�r� a hmotností

 - dekorativní a funk�n� dekorativní úpravy výst�ik�

       - IMD - In - Mould Decoration - výroba výst�ik� se zast�íknutou, potišt�nou dekora�ní nebo funk�ní fólií nebo zast�íknutí 3D tvaru s potiskem

       - IMB - In - Mould Labeling - výroba zejména obal� se zast�íknutými etiketami

       - Decor Princip - nást�ik termoplastické taveniny na textilní tkaniny

 - vst�ikování hybridních konstruk�ních díl�

      - In - Mould Assembly - ve form� vyrobené hybridní struktury tvo�ené kovovými díly s plastovými �ástmi

      - Outsert - nast�ikování plastových tvar� na kovovou základnu

      - 3 - D - MID Three Dimensional Moulded - ve form� vytvá�ení propojení mezi jednotlivými sekcemi dílu

      - Interconnect Device - zast�ikování r�zných typ� zást�ik� - insert�

 - vst�ikování kompozit� s dlouhými vlákny - minimalizace degradace - zkrácení - dlouhého, vláknitého, vyztu�ujícího plniva

 - vst�ikování velkoplošných díl� – LIMBT – Large Injection Molded Body Technology

 - vst�ikování kovových a keramických prášk� – PIM - Powder Injection Moulded

       - MIM - Metal Injection Moulded - výroba kovového prášku, výroba nebo nákup granulátu s obsahem p�íslušného prášku, polymerní materiál v granulátu slou�í jako nosi� prášku a po roztavení v plastika�ní komo�e vst�ikovacího stroje k jeho dopravení do tvarové dutiny formy  

       - CIM - Ceramic Injection Moulded - místo kovových prášk� (nap�íklad nerezová ocel, W, Ni, atd.), se vst�ikují prášky keramické

 - vst�ikování PC skel automobil� – Glazing - vst�ikování PC skel osv�tlení automobil�, st�ešních oken automobil�, bo�ních a zadních skel automobil�

 - vst�ikování s dolisováním - vst�ikování do pootev�ené formy s následným uzav�ením nebo s pohyblivým tvárníkem - minimalizace vnit�ních pnutí ve výst�iku

 - etá�ové vst�ikování - forma má dv� hlavní d�lící roviny s tvarovými dutinami a st�edovým horkým rozvodem - hromadná výroba díl�

 - tandemové vst�ikování – TIM - Tandem Injection Moulded - obdoba etá�ového vst�ikování

 - vst�ikování se stla�enou taveninou - varianta vst�ikování výst�ik� s malou tlouš�kou st�ny, kdy se p�ed vst�ikem polymerní tavenina v plastika�ní komo�e stla�í a po otev�ení trysky stroje vysokou rychlostí dopraví do tvarové dutiny formy

 - kombinace uvedených technologií

Ka�dá z modifikací standardního technologického postupu vst�ikování m��e p�inést do konstrukce dílu i formy své po�adavky, které je nutno, vedle poznatk� uvedených v p�edešlých kapitolách, zohlednit.

6. ADITIVNÍ, SUBTRAKTIVNÍ A FORMATIVNÍ TECHNOLOGIE – METODY RAPID PROTOTYPING

Jedním z dalších krok� p�i studii proveditelnosti výroby výst�iku z termoplast� je vyu�ití technologií Rapid Prototyping (RP):

 - SLA - Stereolithography Apparatus - Stereolitografie

 - FDM - Fused Deposition Modeling - Ukládání roztavených vrstev - FDM Colo r - barevné vrstvy

 - SLS - Selective Laser Sintering - Výb�rové spékání laserem

   - Laser Sintering - Plastic

   - Laser Sintering - Metal

   - Laser Sintering - Foundry Sand (slévárenský písek)

   - Laser Sintering - Ceramic (Direct Shelt Production Casting)

   - DMLS - Direct Metel Laser Sintering - P�ímé laserové spékání kov� - do stopy laserového paprsku se p�ivádí prášek, který se zde natavuje, hlava laseru se pohybuje v osách x, y, z

   - 3DP - Three - Dimensional Printing - T�í rozm�rný tisk

   - SLM - Selective Laser Melting - Výb�rové tavení laserem

   - 3D Laser Cladding - 3D ukládání laserem

   - Technologie PolyJet - Ukládání vrstev malých tloušt�k

   - Model Maker 3D Plotting - nást�ik kapek termoplastu o pr�m�ru cca 0, 076 mm, 6 000 a� 12 000 kapek/s z tiskové tlakové, vyh�ívané hlavy, z druhé hlavy se staví podp�ry

   - BPM - Ballistic Particle Manufacturing - tisk pomocí pouze jedné tiskové hlavy, která má 5 stup�� volnosti - tryska v�dy mí�í kolmo k pracovní ploše a tedy nejsou pot�eba podp�ry

   - PCT - Printed Computer Tomography - obdoba BPM, ale rychlejší

   - ProMetall 3D Printing - zpracovává multijemné prášky kovové, keramické, cermetové, kompozitní se speciálními pojivy, prášky se nanášejí z tiskové hlavy, následn� dochází ke slinování, kdy dochází k vyho�ení pojiva a slinutí prášku na porezní strukturu s hustotou skoro 100 % 

   - DSPC - Direct Shell Production Casting - keramický prášek je spojován tekutým pojivem s následným selektivním slinováním laserovým paprskem

   - MJS - Multiphase Jet Solidification - kovové nebo keramické prášky se pomocí vyh�ívané trysky, ve které materiál dosáhne pot�ebné viskozity, a pístu vytla�í v p�íslušné vrstv�

 - LOM - Laminated Object Manufakturing - Výroba laminováním vrstev a vy�ezáním laserem

 - HOT PLOT - obdoba LOM, ale vy�ezání probíhá �havenou �ezací elektrodou

 - SGC - Solid Ground Cutting - Vytvrzování z pevného podkladu - p�es šablonu celá vrstva najednou

 - POLYJET MATRIX - Vytvrzování dvou typ� fotopolymer� UV lampou

 - MULTI - JET MODELING - Vytla�ování termoplastického vosku nebo terpolymeru pomocí tiskové hlavy

- THERMOPLASTIC INKJET WITH MILLING - Kombinace vytla�ování termoplastického vosku a horizontálního frézování

 - DIGITAL LIGHT PROJECTION - Nasvícení fotopolymeru UV lampou projekcí �ezu modelu

 - PLASTIC VACUUM CASTING - Lití plast� pod vakuem - VACUUM CASTING SYSTEMS

 - METAL PRESSURE VACUUM CASTING - Tlakové vakuové lití kov�

 - RIM - Reaction Injection Moulding - Reak�ní vst�ikování

 - RRIM - Reinforced Reaction Injection Moulding - Reak�ní vst�ikování vyztu�ených materiál�

 - THERMOFORMING - Tvarování polotovar� za tepla a vakua

 - CNC MILING - CNC frézování

 - FREEFORMER – RP vytvá�ení reálných díl� ze vst�ikovacích granulát�

Tyto technologie a jejich další varianty umo��ují vytvá�et vn�jší i vnit�ní tvary sou�ástí prakticky jakkoliv slo�ité a to bez standardních výrobních nástroj� a technologií. Jejich praktické vyu�ití je nap�íklad v:

 - prostorovém zobrazení slo�itých 3D tvar�

 - optimalizaci - mo�nost výb�ru z n�kolika variant

 - nalezení chyb ve výrobní dokumentaci - chyby designéra, respektive konstruktéra výst�iku

 - nalezení chyb v koncepci - chyby realiza�ního týmu

 - ov��ení vyrobitelnosti

 - ov��ení smontovatelnosti

 - posouzení a kontrola výsledného tvaru - vzhledu

 - výroba model� pro další zpracování, nap�íklad pro výrobu odlévacích forem

Krom� frézování, reak�ního vst�ikování, vakuového odlévání a tvarování polotovar� se jedná o aditivní technologie (sou�tové, vrstevné), které podle pou�ité technologie pracují s:

 - fotopolymery

 - termoplasty

 - speciáln� upraveným papírem

 - kovovými prášky

 - sádra

 - atd.

Základem pro aditivní výrobu dílu je jeho 3D model a jeho p�evedení do formátu STL a rozd�lení na vrstvy. Rozd�lení dílu ve formátu STL, laicky �e�eno, znamená, �e matematický model sou�ásti je roz�ezán vodorovnými �ezy na vrstvy.3D model vznikne bu� standardním konstruk�ním postupem nebo postupem Reverse Engineering - digitalizací reálného dílu s následným 3D modelováním. Po rozd�lení modelu se nanášejí jednotlivé vrstvy materiálu ve form� kapaliny, taveniny, prášku, plát� na sebe a spojují se dohromady. Výrobek je tedy stav�n postupn�, vrstva po vrstv�, a� do kone�ného tvaru. Pro p�evislé �ásti tvar�, dutiny a podobné konstruk�ní prvky a detaily se od po�átku stavby vytvá�ejí podp�ry, které se po dokon�ení stavby dílu odstraní. Po vytvo�ení dílu se tento o�istí, zbaví podpor a provedou se s ním následné operace - opracování, vyhlazení, nalakování, lepení, atd.

Výhodou aditivních technologií je rychlá p�íprava výrobních dat a v porovnání s konven�ními výrobními zp�soby jejich relativn� rychlá a levná realizace.

V dalším textu se budeme zabývat RP technologiemi, které mají nej�ast�jší vyu�ití p�i vývoji a výrob� výst�ik� z termoplast�.

Aditivní technologie RP

Technologie na bázi fotopolymer�

6.1 Stereolitografie – SLA

Stavba modelu je zalo�ena na postupném vytvrzování kapalného fotopolymeru - po dokon�ení vytvrzování jedné 2D vrstvy definované ve formátu STL ve 3D modelu, se zhotovovaný díl posune o vrstvu a vytvrzuje se další vrstva. Tlouš�ka vrstev se dá zvolit v rozmezí 0, 05 a� 0, 15 mm. Po ukon�ení tisku se m��e opracovat a upravit jeho povrch v UV komo�e, kde se sou�ásti dodá po�adovaná jakost povrchu, barva, atd.  

Technologie na bázi práškových materiál�

6.2 Selective Laser Sintering – SLS

Principem metody, bez ohledu na zpracovávaný materiál, je nanesení prášku o velikosti �ástic od 20 do 100 mikrometr� na základovou desku. Nanesený prášek se CO2 laserem nataví - spe�e a to pouze v po�adovaném míst�. Okolní materiál z�stává nepe�ený a slou�í jako podpora pro p�evislé �ásti spe�eného dílu. Po spe�ení jedné vrstvy se základová deska posune o tlouš�ku vrstvy dol�, nanese se další vrstva prášku a proces spékání se opakuje a� do dokon�ení dílu.

Nejproduktivn�jší z t�chto technologických postup� je technologie 3DP. Technologie PolyJet díky nanášení vrstev o malá tlouš�ce - 16 mikrometr� - umo��uje vytvá�et hladké - imitace lesku - a tenké st�ny.

Metoda DLMS pracuje s kovovými prášky typu ocel, nerezová ocel, martenzitická ocel, kobalt chrom, titan, slitiny bronz - nikl, tlouš�ka 20 a� 40 mikrometru, tlouš�ka st�n dílu od 0, 4 mm. Sintrování probíhá v atmosfé�e inertního plynu. Variantou metody DLMS je technika 3D Laser Cladding u ní� se kovový prášek kontinuáln� p�idává do stopy dopadu laserového paprsku. Takto vyrobené díly mají hustotu a mechanické vlastnosti srovnatelné s díly vyrobenými klasickými technologiemi.

Technologie na bázi tuhých materiál�

6.3 Fused Deposition Modeling – FDM

Technologie FDM je zalo�ena na natavování termoplastického materiálu - ABS, PC, PC/ABS, PPSU,

PA, ASA, ULTEM, TPE, termoplastické vosky - navinutého ve form� drátu na cívce, ze které je dávkován do vyh�ívané trysky a nanášen ve vrstvách o tlouš�ce 0, 178;0, 254;0, 330 mm na podlo�ku. Tisková hlava se pohybuje v rovin� X, Y dokud nedokon�í jednu vrstvu. Následn� se tisková hlava posune v ose Z sm�rem nahoru o p�íslušnou tlouš�ku vrstvy a ukládá další vrstvu materiálu.

6.4 Laminated Object Manufacturing - LOM

Modely vyrobené touto technologií jsou tvo�eny laminovanými vrstvami fólií. Jednotlivé fólie o tlouš�ce 0, 01 a� 0, 20 mm, nap�íklad z papíru, PA, PBT, keramiky, kovu, kompozit�, jsou opat�eny p�ilnavým nát�rem a jsou p�ilepeny k p�edešlé vrstv� nebo tepeln� spojeny. Po výrob� p�íslušného po�tu vrstev je laserem nebo no�em vy�ezána kontura dílu.

6.5 Freeformer - Arburg

Aditivní zp�sob výroby plastových díl� na základ� 3D dat návrhu CAD, ze standardních vst�ikovacích granulát�, bez pou�ití forem. V technologickém za�ízení Freeformer, oproti jiným za�ízením RP, je tisková hlava stacionární a pohybuje se nosi� sou�ásti pohán�ný lineárními motory a tím umo��uje výrobu sou�ástí s volným tvarováním.

Malý šnekový extruder p�ipravuje polymerní taveninu, kterou piezoelektricky �ízené jehlové (kmitající) dávkovací za�ízení dávkuje ve form� kuli�ek ve vrstvách na vznikající díl.    

6.6 Post Processing – Dokon�ování RP díl�

Všechny díly vyrobené n�kterou z aditivních technologií RP lze následn� obráb�t, brousit, lepit, leštit, barvit, atd.

Rozm�ry pracovních komor za�ízení RP jsou v �ádu stovek milimetr� a pro výrobu v�tších díl� nebo celk� se tyto skládají z menších �ástí odpovídajících velikosti komory p�íslušného za�ízení.

Formativní - utvá�ející - technologie RP

6.7 Vakuové licí systémy

Dále uvedené technologie umo��ují výrobu v�tšího po�tu díl� a jsou zalo�eny na pou�ití master modelu vyrobeného nap�íklad n�kterou z technologií RP, obrobený model, atd.

6.7.1 Plastic Vacuum Casting

V podstat� se jedná o výrobu silikonové odlévací formy, do ní� je obtisknut master model dílu. Na vakuovém odlévacím za�ízení je do silikonové formy odlit dvouslo�kový materiál na bázi PUR, který v ní zesí�uje a vytvo�í díl, který je dále mo�no opracovávat, barvit, atd. Vlastnosti dílu vyrobeného z reaktoplastu se podle jeho nastavení obvykle blí�í vlastnostem termoplastického amorfního ABS. Po�et vyrobených díl� z jedné silikonové formy se pohybuje, podle slo�itosti, �ádov� v desítkách kus�.

6.7.2 Metal Pressure Vacuum Casting

Metoda je vhodná pro výrobu prototyp� z kovových materiál� - hliník, m��, mosaz, bronz, zinek,

drahé kovy. Materiály se lijí pod tlakem maximáln� 2 bary a vakuem do forem vyrobených z formovacích sm�sí, nap�íklad metodou ztraceného vosku. Velikost odlitk�, které se dále upravují, se pohybuje od n�kolika milimetr� krychlových do cca 400 cm3.

Subtraktivní - ode�ítací - technologie RP

6.8 CNC frézování

Materiál obrobk� - kovy, plasty, kompozitní materiály, d�evo, apod.

7. PODMÍNKY ZAFORMOVATELNOSTI VÝST�IKU

Po zvá�ení, v p�edešlých kapitolách uvedených podmínek a po�adavk�, p�ichází na �adu hlavní úkol pro konstruktéra formy. Tímto úkolem je, na základ� 3D modelu výst�iku a jeho výkresu s definicí jakosti - rozm�ry a jejich tolerance, úchylky tvaru a polohy a jejich tolerance, jakost povrchu, atd., zejména stanovení pr�b�hu d�lících rovin, tj. zda p�jde výst�ik zaformovat, nap�íklad pouze do hlavní d�lící roviny ve sm�ru otevírání (vyhazování výst�iku z formy) formy nebo bude nutno �ešit zaformování výst�iku pomocí mechanicky ovládaných �elistí, hydraulicky ovládaných tvar�, šikmých tvarových vyhazova��, vytá�ecích mechanizm� pro závity, apod.

Dalším úkolem je, na základ� údaje o p�edpokládaném ro�ním výrobním mno�ství výst�ik�, stanovit násobnost formy, tj. kolik výst�ik� bude v d�lící rovin� formy zaformováno. U párových díl� typu levé a pravé, obvykle zrcadlov� oto�ené provedení, bývá násobnost z�ejmá, v dalších p�ípadech do ur�ení násobnosti vstupují i další, zejména ekonomická hlediska a v neposlední �ad� i po�adavky na rozm�rovou a tvarovou p�esnost. Z pohledu efektivity výroby rozm�rov� a tvarov� p�esných výst�ik� by konstruktér formy m�l vzít do úvahy, �e k dosa�ení p�esnosti, nap�íklad ve stupni IT 9 nebo IT 8 - viz kapitola 4 - je nutno konstruovat formu s co nejmenší násobností, samoz�ejm�, �e v�dy s p�ihlédnutím ke vst�ikovanému materiálu.

Po stanovení násobnosti formy a zaformování výst�iku - pr�b�h d�lících rovin - konstruktér formy, op�t s ohledem na ekonomi�nost výroby, volí systém vtokového rozvodu - studený rozvor s automatickým odd�lováním vtokového zbytku (nap�íklad tunelové nebo banánové ústí vtoku) nebo s ústím vtoku s následným jeho ru�ním odd�lením nebo odd�lením pomocí odd�lovacího mechanizmu nap�íklad na chapadle robota, apod. Krom� studených vtokových rozvod� m��e volit i horké systémy - s vn�jším nebo vnit�ním vyh�íváním, s uzavíratelnou jehlou, kaskádový nebo sekven�ní systém, atd., dále kombinované systémy - horký rozvod navazující na studené vyúst�ní do st�ny výst�ik�.

Po stanovení zaformování a ur�ení zp�sobu p�ivedení polymerní taveniny do tvarových dutin formy musí jako další konstruk�ní krok následovat návrh tempera�ního systému formy. Zde by konstruktér formy m�l vzít v úvahu zejména po�adavky na co nejv�tší mo�nost teplotního ovlivn�ní jednotlivých tvarových sekcí - rozd�lení tempera�ního systému na samostatné okruhy se vstupem tempera�ního média ve stejném okam�iku do všech okruh�, po�adavek na turbulentní proud�ní tempera�ního média - nej�ast�ji vody - v tempera�ních kanálech formy, po�adavek mo�nosti ovliv�ovat teplotu v okolí ústí horkých trysek, atd,

V neposlední �ad� by konstruktér formy m�l stanovit, jaké normalizované systémy bude v konstrukci formy pou�ívat a stanovit hlavní rozm�ry vst�ikovací formy - nejv�tší obvodové rozm�ry upínacích desek a stavební výšku formy.

8. STANOVENÍ VELIKOSTI VST�IKOVACÍHO STROJE, POT�EBY PERIFERNÍCH ZA�ÍZENÍ A AUTOMATIZACE PROCESU VST�IKOVÁNÍ

Z návrhu koncepce zaformování výst�iku, jak bylo uvedeno výše, vyjde velikost formy, respektive její rozm�ry, a spolu se znalostí objemu nebo hmotnosti výst�iku nebo kompletního zdvihu, tj. všech výst�ik� a jejich vtokových rozvod�, je mo�no ur�it pot�ebnou velikost vst�ikovacího stroje - jeho uzavírací sílu, pr�chod mezi vodícími sloupy, u bez sloupových stroj� maximální velikost upínacích desek pro umíst�ní formy, v�etn� stavební výšky formy - minimální a maximální výška v prospektu nebo manuálu vst�ikovacího stroje. V technické dokumentaci vst�ikovacího stroje jsou uvedeny i rozte�e a velikost upínacích otvor� se závity na upínacích deskách stroje nebo rozm�ry drá�ek pro upínání pomocí T drá�ek a šroub�, v�etn� pr�m�r� centrá�ních krou�k� a rádiusu vst�ikovací trysky vst�ikovacího stroje.

Z po�adavku na vyhazování výst�iku z formy - vyhazování výst�ik� pod formu do transportní bedny nebo na dopravník, vyjímání z formy ru�n� nebo robotem, atd. vyjde konstruktérovi formy i jeden z po�adavk� na konstrukci vyhazovacího systému formy.

Z tvaru výst�iku, jeho materiálu, konstrukce formy a dalších po�adavk� jako je barvení barevným koncentrátem p�írodních granulát�, p�ípadn� jejich aditivace, zakládání zást�ik� do formy, ukládání výst�ik� na dopravník, jejich kontrola v rámci vst�ikovacího cyklu, stohování a další operace po jejich vyhození z formy, vyplývá pou�ití p�ípravk�, periferních za�ízení - sušárny granulát�, barvící a dávkovací za�ízení, ofukovací za�ízení, atd. - a automatiza�ních prost�edk� - odst�ihova�e vtokových zbytk�, pou�ití robot� - lineární nebo s n�kolika stupni volnosti, atd.

9. MATEMATICKÉ SIMULACE, PEVNOSTNÍ, TEPELNÉ A DALŠÍ VÝPO�TY

Dále uvád�né simulace a výpo�ty zapadají do konceptu digitálního, virtuálního prototypu, co� je nástroj, který umo��uje p�ed vlastní výrobou výst�iku komplexn� tento testovat, ov��ovat p�ed tím ne� bude reáln� vyroben. Je to cesta jak rentabiln�, prakticky bez narušení existujícího výrobního a pracovního procesu, nejp�ím�ji, pouze s jedním digitálním 3D modelem dílu, pracovat ve všech fázích realizace, zejména v p�ípravných fázích, kdy se na p�íští realizaci podílí v�tší mno�ství in�enýrských a konstruk�ních disciplín.

Simulace tedy umo��uje prov��it prakticky všechny aspekty konstrukce a p�ípadných navrhovaných zm�n bez nutnosti vynalo�ení zdroj� na jejich realizaci. Náklady na odstran�ní následk� špatného rozhodnutí nebo úprava ji� hotového �ešení jsou, v oboru vst�ikování plast�, obvykle velmi nákladné a� nemo�né.

Simulace výrazn� zkracují �asovou náro�nost vývoje, napomáhají k pochopení p�í�in vzniku problém� v reálném výrobním procesu, v�etn� zkoumání mo�ností nápravy chyb vzniklých p�i návrhu výst�iku a p�ípadn� i zp�tn� po vzniku chyby ve výrob�.

Ur�itou nevýhodou simula�ních postup� je nutnost odbornosti jak pro zadání úkol� simulace, tak i pro interpretaci získaných výsledk�.

Pro simula�ní analýzy designu výst�iku a jeho vlastností, vst�ikovací formy a vst�ikovacího procesu je k dispozici �ada software, mezi nejznám�jší a nej�ast�ji pou�ívané pat�í programy a produkty:

 - Autodesk Simulation Moldflow

 - Cadmould 3D - F

 - Moldex 3D

 - SolidWorks Plastics integrovaný do CAD, CAE programového vybavení SolidWorks

Spolehlivost, p�esnost a rychlost simula�ních výpo�t� je závislá na mo�nostech p�íslušného hardware a software, na kvalit� materiálových dat výst�iku a v neposlední �ad� na tom jaké rozdíly jsou mezi analyzovanou podobou konstrukce výst�iku, formy a ve výpo�tech nastavenými technologickými parametry vst�ikování a poté skute�nou výrobní realizací výst�iku.

P�esnost simula�ních výsledk� je výrazn� ovlivn�na vstupními daty, p�edevším zadávanými daty konkrétního vst�ikovaného materiálu nebo alespo� jeho co nejbli�šího ekvivalentu, v p�ípad� kdy� od p�íslušného materiálu nejsou k dispozici pro výpo�ty pot�ebná data.

V p�ípad�, �e se v pr�b�hu vývoje dílu zm�ní jeho konstrukce, konstrukce formy, atp. nem��eme s d�ív�jšími výsledky simulací vysta�it a pro získání správných výsledk� je nutno simulace se zm�nami provést znovu.  

D�le�itá je i rychlost výpo�t�, proto�e v rámci simulací by se v�dy m�lo pracovat s n�kolika variantami, abychom získali optimální výsledek.

Zadáním, krom� materiálových dat, je 3D model výst�iku v n�kterém CAD formátu - STEP, IGS, X - T, STL, atd., návrh vtokového a tempera�ního systému formy, v�etn� definice zadání, tj. cíl simula�ních analýz, s jejich� vypovídající schopností u�ivatel bude dále pracovat, zp�es�ovat a optimalizovat další p�edvýrobní i výrobní kroky.

Co mohou analýzy nabídnout - nap�íklad:

Technologický design výst�ik� z termoplast�

 - optimalizace umo��uje dosáhnout úspor materiálu - zmenšení tloušt�k st�n výst�iku - s následným zkrácením vst�ikovacího cyklu, odstran�ní ne�ádoucích deformací, odstran�ní kritických míst, atd.

Analýzy procesu vst�ikování

 - analýzu pln�ní tvarových dutin formy - predikce slabých míst, nap�íklad neodpovídajících technologi�nosti konstrukce výst�ik� z termoplast�; návrh nejvýhodn�jší polohy ústí vtoku (minimalizace míst s p�ed�asným zamrzáním toku taveniny a detekce uzavírání vzduchu); odhalení míst se studenými spoji (zlepšení vzhledových a pevnostních charakteristik výst�iku);s uzavíráním vzduchu ( mo�nost odvzdušn�ní formy zakomponovat do její konstrukce);zjišt�ní orientace vláken u vyztu�ených kompozit� s polymerní matricí a jejich vliv na kone�ný tvar a vlastnosti výst�iku; ur�ení míst, ve kterých dochází vlivem vysokého smykového namáhání k p�eh�ívání vst�ikovaného materiálu (prevence degradace materiálu a mo�ných deformací výst�iku)

 - analýzu dotlakové fáze - prov��ení konstrukce vtokového rozvodu a polohy ústí vtoku - variantní simulace; návrh optimální doby dotlaku a jeho tlakové úrovn� nebo �asového pr�b�hu (mo�nost zjišt�ní a tím i odstran�ní nebezpe�í tvorby lunkr�, propadlin povrchu dílu, sní�ení mo�ných deformací)

 - analýzu chladícího systému formy - zvýšení ú�innosti a efektivnosti systému a jednotlivých tempera�ních okruh� (zmenšení deformací, odstran�ní nebo minimalizace p�eh�átých míst, zkrácení doby výrobního cyklu);návrh zm�n v konstrukci tempera�ních systém� - komformní chlazení, pou�ití vlo�ek z vysoce vodivých materiál�, atd.

 - analýza smršt�ní a deformací - výpo�et pr�m�rného smršt�ní a sou�asn� i mo�nost m��ení velikosti smršt�ní mezi dv�ma libovoln� zvolenými místy výst�iku; výpo�ty smršt�ní, v�etn� deformace a zárove� stanovení pouze deformace zobrazené v��i dílu upravenému o vypo�ítané pr�m�rné smršt�ní; fixace analyzovaného dílu pro výpo�et deformací podle skute�ného ulo�ení v reálném procesu jak m��ení, tak i pou�ití; výpo�et zm�ny polohy zvoleného bodu konstrukce výst�iku po smršt�ní a deformaci, p�ípadn� zm�ny polohy a vzájemné vzdálenosti dvou bod� dílu po smršt�ní a deformaci; stanovení odchylek rovinnosti vybraných ploch, odchylek kruhovitosti otvor�, zm�n úhlu st�n, m��ení p�ímosti a obloukových vzdáleností - vše s mo�ností porovnání p�vodní 3D geometrie s geometrií po smršt�ní a deformaci; p�enos 3D model� se zahrnutými rozm�rovými zm�nami po smršt�ní a deformaci zp�t do CAD software pro další zpracování, nap�íklad pro mechanické výpo�ty nebo zm�ny tvaru dutin formy, apod.  

 - analýza 2K vst�ikování, v�etn� deformací obou díl� z r�zných polymerních materiál�, p�sobení jejich vzájemných teplot a deformace jednoho na druhý dílu - design

 - analýza deformací zást�ik� jak kovových tak plastových, vznikajících p�sobením tlaku a dotlaku v tvarové dutin� formy (optimalizace vtokového systému a vst�ikovacích parametr� pro minimalizaci deformací)

 - analýza technologií WIT a GIT

 - analýza kaskádového vst�ikování

 - analýza deformací tvarových �ástí vst�ikovacích forem p�i p�sobení tlaku a dotlaku polymerní taveniny, krom� zjišt�ní deformací je mo�no spo�ítat i nap�tí podle VonMisesse a zejména zm�nu tlouš�ky výst�iku vlivem deformace tvarové �ásti formy - problém s vyhozením dílu z formy

Strukturální analýzy plastových díl�

 - hloubková analýza vst�ikovacího procesu zam��ená na mechanickou pevnost výst�iku - zjiš�uje stav reziduální napjatosti po vyhození dílu z dutiny formy a zm�ny materiálových vlastností vlivem orientace vláken plniva u kompozitních výst�ik�; analýza m��e zohlednit znalost výskytu studených spoj�, p�ípadn� lunkr� a optimalizovat nastavení technologických parametr� ovliv�ujících mechanickou pevnost díl� 

 - simula�ní programy umo��ují výstupy do mnoha softwar� pro pevnostní výpo�ty, nap�íklad do - Abaqus, Ansys, MSN Nastran, NE Nastran, LS Dyna, Marc - pomocí výstup� z analýz vst�ikování lze zp�esnit výpo�ty tuhosti a pevnosti díl� z vláknitých kompozit� s termoplastickou matricí (zahrnout do výpo�tu anizotropii vlastností zjišt�nou simulací vst�ikování kompozitu), po�ítat deformace - posuny zást�ik�, deformace jader a tvarových prvk� forem, mechanická zatí�ení forem, v�etn� „dýchání“ tvar� forem, výpo�ty obsahu vnit�ního pnutí ve výst�iku indukovaného tokem taveniny - orienta�ní vnit�ní pnutí - a teplotním polem ve výst�iku

 - jedním z problém�, které se korektním výpo�t�m ur�itým zp�sobem staví do cesty, je pom�rn� rychlý vývoj kompozitních materiál� s vyztu�ujícími vlákny r�zného p�vodu, pro která nejsou k dispozici pot�ebná vstupní výpo�etní data     

V oblasti simulací pouze dobrý popis vlastností materiálu m��e vést k dobrým výsledk�m výpo�tu díl�. B�n� pou�ívané CAE (Computer Aided Enginnering) metody a i myšlení konstruktér� je obvykle spojeno s izotropií materiál�, tedy s jejich homogenitou. Pro heterogenní kompozitní materiály není dostatek model� pro popis jejich fyzikálních vlastností. Popis musí �ešit jejich vlastnosti, zejména mechanickou pevnost, v r�zných sm�rech p�i teplotn� a rychlostn� závislém chování, v�etn� mezních stav� porušení.

K popisu a modelování slo�itých struktur vyztu�ených plast�, kompozit�, nanostruktur je mo�no vyu�ít nap�íklad program Digimat firmy e - Xstream enginnering SA. Program doká�e popsat reálné anizotropní, nelineární, teplotn� a rychlostn� závislé chování materiál� - chování mechanické, elektrické i teplotní. Charakterizuje materiály jak z mikropohledu, tak i makropohledu, umo��uje virtuální tvorbu receptur a technologických postup�, pomocí reverzního in�enýrství doká�e získat nelineární, teplotn� a rychlostn� závislé anizotropní charakteristiky existujících materiál� a podporuje výsledky analýz toku polymerních materiál� se vstupy do pevnostních, tepelných nebo elektrických analýz.

U všech simulací platí - ka�dá simulace je tak p�esná, jak jsou p�esné její vstupní parametry. K uvedenému konstatování je nutno ješt� dodat, �e bez správné interpretace získaných simula�ních výsledk� nejsou ani reálné výst�iky mající po�adované jakostní parametry a vyrobené s nejni�šími mo�nými náklady.

1. �ást »

3. �ást »

4. �ást »