• Kompozit harç ile kalıplama
  • Epoksi kalıplama
  • Swiftool
  • PolySteel
  • EcoTool
• Metal tozu sinterlemeyle kalıp imalatı
  • 3D Keltool
  • Simeon Bojilov prosesi
  • MetalCopy
• Metal dökümle kalıp imalatı
  • Plaster metal döküm
  • Hassas döküm
• Metal kaplama (elektro-kimyasal yolla)
  • Metal kaplanmış elektroerozyon elektrotları
  • Nikel elektroform kalıplar
  • RePliForm
• Metal kaplama (sprey ile püskürterek)
  • MCP-HEK / "Metal Spray Mould System"
  • Ford / sprayforming
  • RSP Tooling

> Epoksi Kalıplama:

Araldit markalı bir malzeme ile de modelcilikte yıllardır yaygın şekilde kullanıldığı gibi, bu teknikte model üzerine çift komponentli epoksi polimer bir harç sıvı halde dökülür. Ardından kimyasal bir reaksiyonla polimer bağlarının oluşarak malzemenin sertleşmesi sonucunda kalıp elde edilir. Malzeme teknolojisinin gelişmesiyle birlikte hiç boyutsal değişime (çekme, şişme...) uğramadan sertleşen epoksi polimer türleri geliştirilmiştir. Bu sayede eldeki master bir modelin kalıbı büyük bir hassasiyetle elde edilebilir. Vakum altında döküm yapıldığında ise daha iyi sonuçlar alınabilir.

Mukavemeti daha da arttırmak için döküm öncesi epoksi harç içine alüminyum tozu konulabilir. MCP-HEK gibi bazı malzeme üreticileri bu işlerde kullanılmak üzere aüminyum tozu içeren özel karışımları pazarlamaktadır.

Hızlı bir şekilde üretilebilen epoksi kalıplar, plastik enjeksiyonda (basılan mazlemenin aşındırıcılığına, sıcaklığına ve kalıbın geometrisine bağlı olarak) 5-100 arası parçanın basılabilmesine ve gerçek seri imalat malzemesinden ilk prototiplerin üretilmesine olanak verir.

Ayrıca epoksi malzemeler sac pres/ derin çekme, termoform ve kum döküm maça kalıplarında da kullanılabilirler.

Başa dön

> Swiftool: www.swiftech.co.uk

İngiliz tabanlı Swift Technologies Firması, kendi geliştirdiği ve patentini aldığı SPC (Smart Polymeric Composite) isimli bir malzeme kullanarak alüminyuma yakın yüksek mukavemete ve dinamik hafızaya (esnekliğe) sahip kalıpları hızlı olarak imal edebilmektedir. SPC, değişik polimerlerin ve fiber güçlendiricilerin karışımından oluşan kompozit bir malzemedir. Swift Technologies, bu teknolojiyi kullanarak servis vermesinin yanında lisansını da satmaktadır. SPC malzemesi akışkan halde bir modelin üzerine dökülüp vakum altında preslenerek kısa sürede yüksek sertliğe ulaşır ve modelin kalıbı elde edilmiş olur. SPC yüzeydeki desen dahil birçok detayı kopyalayabilecek incelikte bir yapıya sahiptir. SPC malzemesinden elde edilen kalıplar standart CNC makinelerinde alüminyumdan 5 kat daha hızlı işlenebilirler. SwiftoolT 50,000 adet PP malzeme enjeksiyonuna dayanacak bir ömüre sahiptir. SPC kompozisyonu kullanım ihtiyaçlarına göre ayarlanabilir.
SPC kompozit malzemesinin mekanik özellikleri aşağıda sıralanmıştır:
Çekme dayanımı: 22Mpa
Basma dayanımı: 1300Mpa
Sertlik: 9.5 Vickers
Özgül kütle: 1.5g/cm^3

Sağda, Vakum altında presleme için farklı vakum ve pres makineleri geliştirilmiştir. Bunun haricinde farklı karıştırma ve dökme makineleri de sisteme dahildir.

Teknolojinin önemli bir safhası olan vakum presleme için üç model bulunmaktadır: S10 serisi, S50 serisi ve S200 serisi. S10 serisi diğerlerinden farklı olarak vakum ve pres sistemini beraber içerir.

Aşağıda, Ford Puma modelinin çamurluğuna ait bir parçanın acilen üretiebilmesi 1 haftada üretilmiş bir Swiftool kalıbınıni malat safhaları görülmektedir:

SwiftcoreT Teknolojisi:

Karmaşık yapılı parçaların prototip kalıplarının daha kolay yapılmasını sağlayan bu teknikte önce suda eriyebilen özel bir malzemeden maça dökülür.

Plastik enjeksiyon sonrası plastik parça içinde kalan maça yıkanarak uzaklaştırılır. Bu sayede içinde boşluklar bulunan plastik parçaların prototipleri, birçok hareketli maçaya sahip bir kalıp yapılmadan da kolayca imal edilebilir.

Sağda, yukarıdan aşağı doğru işlemin safhaları gösterilmiştir. Üstte gösterilen maça, SLA ile inşa edilmiş bir model kullanılarak yapılmış silikon bir kalıba SwiftcoreT malzemesi dökülerek elde edilmiştir.

Frima, SwiftcoreT teknolojisiyle dışarı hızlı kalıp ve prototip imalat servisleri vermektedir...

Başa dön

> PolySteel:

Çelik tozu ve polimer karışımı, döküm sonrası 0 çekmeye sahip:
www.dynamictooling.com/polysteel.html

Başa dön

> EcoTool:

Çelik tozu ve polimer karışımı, Hollanda'da TNO ve Hollanda teknoloji Enstitüsü tarafından geliştirilmiştir:
www.ind.tno.nl/product/ecotool.html

Başa dön

> 3D Keltool: Keltool teknolojisi orijinal olarak 1976'da 3M Firması tarafından geliştirilmiştir. Bu teknolojiye ilk zamanlarda "Tartan tooling" ismi de verilmiştir. Sonraları Keltool firması tarafından devralınan bu teknoloji, 1994'den sonra SLA ile imal edilen master modeller ile birlikte yaygın bir şekilde kullanılmaya başlandıktan sonra 1996'da 3D Systems firması tarafından stratejik görülerek Keltool Inc. satın alınmış ve bu tekniğin ismi 3D Keltool olarak değiştirrilmiştir. 3D Systems bir süre bu teknolojinin lisansını ve gerekli ekipman ve malzemeyi bir süre sattıktan sonra 2003 yılında bu girişimini durdurmuştur. 3D Systems Keltool teknolojisinden elde ettiği bilgi birikimiyle SLS Sistemleri için A6 çelik tozunu geliştirmiştir.

Rockwell sertliği: Rc 50 (ısıl işlem sonrası)
Çekme mukavemeti: 735 MPa
e-Modulus: 184 GPa
Özgül Kütle: 8,3 kg/dm³
Yüzey pürüzlülüğü: Rz=0,4
Ek işlemler: Kaynak, elektroerozyon ve parlatmaya uygunur
Hassasiyet: +/- %0.2
Sinterleme sonrası lineer ve isotropik çekme miktarı: %0.6

3D Keltool Uygulama örnekleri:

Başa dön

> Simeon Bojilov prosesi:

ABD'nde Simeon Bojilov tarafından geliştirlen ve 1999 yılında NDM Inc. (New Design Models Inc. Syracuse NY, eski adresi: www.ndm-inc.com) bünyesinde ticari hale gelen bu proses, daha kısa sürede daha büyük kalıpların imalatına izin verebilmesi bakımından Keltool'a kıyasla belli avantajlara sahiptir.

2003 sonunda NDM Inc. SDI (Sanders Design International Inc.) ve B&D Sales (www.bdsales.com) ortaklığı tarafından satın alınmış ve ilk kez Euromold 2003 fuarında sergilenmiştir. Bu işbirliği sonucunda SDI firmasının Rapid ToolMaker sistemiyle üretilen master modeller kullanılarak seri imalat şartlarında kullanılabilecek metal plastik enjeksiyon kalıpları üretilebilmektedir.

Keltool prosesine benzer şekilde Bojilov prosesinde de master bir model üzerinden elde edilen kauçuk kalıba metal tozu + yapıştırıcı karışımı dökülerek kalıbın sinterlemeye hazırlanması sağlanır. Yalnız bu prosesde paslanmaz çelik tozu (P420) kullanılmaktadır.

İki safhadan oluşan bu prosesde sinterleme sonrası oluşan %1.3 lineer büzülmeyi kompanse etmek için önceden master modeller aynı oranda daha büyük inşa edilir. Sağdaki resimde görüldüğü gibi, sinterleme vakum altında ve özel geliştirilmiş bir fırın içinde "inert" gaz ortamında hızlı bir şekilde yapılır. Sinterleme sırasında tozlar arasında kalan boşluklara bronz emdirilir.

Sonuçta, 1 milyon plastik parça basabilecek dayanımda (P20 çeliğine muadil sertlikte 32-34 Rockwell) paslanmaz çelik/ bronz karışımlı kompozit metal bir kalıp elde dilmiş olur. Bu prosesin limitlerinden dolayı kalıp mührelerinin 200x165x75mm ebadından daha büyük olmaması gerekir. Sağda, bu prosesle imal edilmiş bir cep telefonu kalıbı ve plastik enjeksiyonla imal edilmiş bir parça görülmektedir.

Başa dön

> MetalCopy: www.metalcopy.com

IVF (http://ivf.se), İsveç İmalat Mühendisliği Araştırma Enstitüsü tarafından geliştirlen ve İsveç tabanlı servis bürosu Prototal detsteğiyle pazarlanan MetalCopy teknolojisi Keltool ile büyük benzerlik göstermektedir... MetalCopy, 100 bin adede kadar ömrü olan karmaşık geometriye sahip plastik enjeksiyon kalıpları imalatı için uygundur.

Başa dön

Plaster kalıba döküm yöntemiyle metal prototip parçalar elde edilebileceği gibi prototip metal plastik enjeksiyon kalıpları da direkt olarak üretilebilir:

İkinci uygulamaya güzel bir örnek olarak ayakkabı taban kalıpları imalat tekniği gösterilebilir. Dünyada yaygın olarak kullanılan bu teknikte önce taban modeli hazırlanır (el işçiliği, CNC işleme veya otoinşe teknikleri ile) model üzerine istenilen desenleri vermek için ince lastik tabakalar yapıştırılır. Silikon kalıplama ile modelin negatifi çıkarılır. Silikon kalıp içine plaster dökülerek modelin alçısı elde edilir. Ayrıma yüzeyleri belirlendikten sonra model üzerine alüminyum dökülür. Kalıbın diğer yarısı için de aynı işlem tekrarlanır ve alüminyumdan poliüretan enjeksiyon kalıbı elde edilmiş olur.

Sağda, bir plaster döküm kalıbı hazırlanışı görülmektedir.

Plaster döküm yöntemi paslanmaz malzeme dökümüyle sınırlıdır. Aksi halze alçı içindeki sülfür dökülen metal ile reaksiyona girer. Plaster dökümde genellikle alüminyum alaşımları, sarı pirinç, çinko, magnezyum alaşımları ve bakır kullanılır.

Başa dön

> Hassas Döküm:

Otoinşa teknoljisi ile elde edilen modellereden hassas dökümle metal prototipler elde edilebileceği gibi kalıp da imal edilebilir.

Örneğin sağdaki resimde görülen ve ThermoJet ile üretilmiş kalıp modelleri MCP-HEK tarafından geliştirlen bir hassas döküm sistemiyle aşağıda görüldüğü gibi alüminyum malzemden dökülerek kalıp yapımında kullanılabilir.

Yukarıda solda, dökümden çıkmış kalıp mühreleri, ortada, kalıp çerçevesine alüminyum tozu takviyeli epoksi reçine ile yapıştırılmış alüminyum mühreler, sağda ise bu kalıptan enjeksiyonla imal edilmiş parçalar görülmektedir.

Sağda, ThermoJet ile imal edilmiş kalıp modelleri ve MCP-HEK sistemi tarafından hassas dökümle alüminyumdan elde adilmiş kalıp mühreleri görülmektedir. Sağdaki resmin altında döküm sırasında erimiş alüminyumun aktığı huni şeklindeki yolluk da görülmektedir.

Başa dön

> Metal kaplanmış elektroerozyon elektrotları:

Elektrot kullanmadan plastik bir modelin üzerine bakır kaplanabilir. Daha sonra bu model, elektroerezon cihazlarında elektrot olarak kullanılarak en sert çelik dahi oyulabilir...

Örneğin stereolitografi tekniğinde epoksi fotopolimer reçineyle elde edilen bir elektrod modelinin üzerine bakır kaplanarak bu direkt elektroerozyon işleminde kullanılabilir. Yalnız elektroerozyon şartları iyi kontrol edilmeli, yüzeyde çabuk aşınma ve aşırı ısınma önlenmelidir. Aşırı ısınma arkadaki epoksi modele zarar vererek kaplamanın bozulmasına veya dökülmesine sebep verebilir.

Başa dön

> Nikel elektroform kalıplar:

STL modellerin üzeri elektrokimyasal metodlarla kalın (~5 mm) bir nikel tabakası ile kaplanıp (nickel electroforming) arkası ise oda sıcaklığında sertleşen seramik malzemelerle doldurulabilir. Bu teknik özellikle büyük boyutlu kalıplar için müsaittir.

> RePliForm: www.repliforminc.com

1994'de faaliyete başlayan ABD tabanlı CEMCOM firması nikel elektroform tekniğini NCC (Nickel Ceramic Composite) adı altında geliştirerek kaplama sonrasında dolgu malzemesi olarak nikel tozu içeren seramik bir malzeme kullanmıştır. Bu teknikte master model olarak stereolitografi ile inşa edilmiş kalıplar kullanılmaktadır. 1999'da faaliyetini sona erdiren CEMCOM'a ait "NCC tooling" teknolojisini RePliForm Inc. satın alarak ve hızlı kalıp imalatı konusunda servis vermeye başlamıştır.

Başa dön

> MCP-HEK / "Metal Spray Mould System":

MCP-HEK GmbH firmasını geliştirdiği "Metal Spray Mould System" ismi verilen metal sprey kalıp imalat sistemi kullanılarak modellerin üzeri tutya benzeri bir Alüminyum alaşımı ile kaplanır. Alaşımın erime sıcaklığı modelden fazla olmasına rağmen püskürtme tekniğinin özelliği sayesinde modele zarar gelmeden kaplama gerçekleşir. Daha sonra kalıbın arkası gerekirse soğutma boruları döşendikten sonra Alüminyum-Epoxy karışımı bir dolgu malzemesi ile desteklenir. Bu yöntemle elde edilen kalıplar 30bin ile 40bin defa kullanılmaya müsait olabilirler: Aşağıda soldaki resimde metal püskürtme tabancası ve çalışma şekli görülmektedir. Tabanca ucundaki memeden beslenen metal alaşımlı tel, elektrik arkı ile eritilip hava basıncı ile yüzeye püskürtülür. Aşağıda sağda, ayakkabı taban kalıp imalatında başarılı bir uygulama sahası bulan bu teknolojiyle üretilmiş taban kalıbı ve tabanlar görülmektedir.

Solda, Spray tabancası çalışırken, sağda ise master model üzerine sprey ile metal kaplanırken görülmektedir.

Başa dön

> Ford / sprayforming:

Ford, 1990 yılında, Sprayforming teknolojisini ilk bulan İngiltere'deki Sprayform Holdings Firması'nı bünyesine katarak bu teknolojiyi daha da geliştirmeye başlamıştır. Bu teknik ile kalıp imalatı şu safhalardan oluşur:

1- Otoinşa teknolojileri veya diğer herhangi bir metodla imal edilen bir kalıp modelinin üzerine seramik bir malzeme dökülerek negatif bir kalıp elde edilir. Bu seramik kalıp soğuk bir ortamda dondurularak kristal bir yapı oluşturulur. Ardından pişirilip kurutularak dayanıklı bu kristal yapının kalıcı olması sağlanır. Bu proses klasik seramik sinterlemesi değil, çok daha ucuz bir prosesdir. Ayrıca sinterleme prosesindeki gibi çekme (büzülme) gerçekleşmez. Bu sayede model hassas bir şekilde seramik negatife çevrilmiş olur.

2- Seramik negatif kalıbın üzerine tel halinde beslenen metal malzeme elektrik arkı ile eritilerek püskürtülür. Bu, bir sanayi robotu ucuna bağlanmış 4 adet sprey kafası ile yapılır. Yaklaşık 1m x 1m ebadında yüzeylere bir seferde 76mm kalınlığa kadar metal kaplanabilir. Kaplama esnasında kızılötesi kameralarla yüzey sıcaklığı sürekli ölçülerek sprey parametreleri bilgisayar yardımıyla otomatik olarak kontrol edilir. Bu sayede çatlama veya büzülme problemi yaşanmadan kalın metal tabakalar hızlı bir şekilde kaplanabilir.

3- Kaplama sonrası oluşan kalın metal kabuk seramik kalıptan ayrılır. Elde edilen metal kabuğun arkası epoksi ve diğer uygun malzemelerle doldurulduktan sonra ana kalıp gövdesine bağlanır. Bu şekilde klasik talaşlı imalata nazaran %30-50 arasında daha hızlı ve düşük maliyetli olarak dayanıklı bir kalıp elde edilmiş olur.

Ford bu teknolojiyle çok başarılı uygulamalar yaptıktan sonra artık kendisi geliştirmeye devam etmek yerine lisans vermeye başlamıştır. İlk lisans Praxair Surface Technologies (Indianapolis, IN www.praxair.com) firmasına verilmştir. Bu firmanın bir yan kuruluşu olan Tafa Inc. (Concord, NH) bir süre Almanya tabanlı MCP ile işbirliği içinde düşük ergime sıcaklığına sahip bir metal sprey teknolojisini de pazarlamıştı. Daha sonra 2001 yılında aynı teknoloji The American Tooling Center (Grass Lake, MI) ve Ceradyne (Costa Mesa, CA www.ceradyne.com) firmalarına da lisanslanmıştır.

Bu konu hakkında daha detaylı bilgi 2001 yılında ABD'nde bir dergide yayınlanmış ilgili bir yazıdan elde edilebilir:
www.sme.org/gmn/mag/2001/01nom036/01nom036.pdf

Başa dön

> RSP Tooling: www.rsptooling.com

ABD'nde Idaho National Engineering and Environmental Laboratory (INEEL www.inel.gov) tarafından geliştirilen RSP (Rapid Solidification Process - çabuk soğuma prosesi) hızlı kalıplama tekniği ile seramik bir master model üzerine nitrojen gazı bulunan bir oda içinde ergimiş metal püskürtülerek kalıp imal edilir. Bu teknoloji RSP Tooling LLC tarafından ticari hale getirilmiştir. Daha çok alüminyum enjeksiyon kalıpları imalatına uygun olan bu teknik ile parmak izi dahil model üzerindeki en küçük detaylar kopyalanabilmektedir.

Başa dön