Bài 13: HỆ THỐNG TẠO MẪU NHANH BẰNG CHẤT RẮN

Hệ thống tạo mẫu nhanh bằng chất rắn thay đổi từ hệ thống đông đặc chất lỏng nhạy sáng. Chúng có khác nhau trong đó mặc dù một số có sử dụng hệ thống laser trong quá trình này. Tính nang phổ biến trọng đó là tất cả chúng đều sử dụng nguyên liệu chất rắn (trong hình thức này hoặc hình thức khác) để tạo ra chi tiết.

SOLID GROUND CURING (SGC)

Solid ground curing (SGC) là công nghệ bồi đắp quang hóa polymer sử dụng để tạo khuôn mẫu, nguyên mẫu. Trong quá trình này  các lớp hình học được sản xuất bằng cách cho tia UV đi qua tia đi qua mặt nạ. Phương pháp này cung cấp độ chính xác tốt và một tỷ lệ sản xuất rất cao.

Hệ thống Solid Ground Curing (SGC) được sản xuất bởi Cubital Ltd. Cubital Ltd ‘s bắt đầu hoạt động vào năm 1987 như là một spin-off từ công ty Scitex và bắt đầu thương mại vào năm 1991.

Nguyên lý:

Quá tình SGC dựa trên sự đông cứng (Curing) của chất dẻo nhạy sáng (photopolymer) tạo nên các lớp. Sự đông cứng (Curing) là thuật ngữ chỉ việc làm hóa cứng vật liệu polymer bằng cách tạo ra các liên kết chéo trong chuỗi polymer được tạo ra bởi các tác nhân như chùm electron, nhiệt, ánh sáng hoặc chất phụ giá hóa học. Chất dẻo nhạy sáng (photopolymer) thay đổi tính chất của nó khi tiếp xúc với ánh sáng. Những thay đổi này thường biểu hiện là việc cấu trúc của vật liệu trở nên cứng chắc hơn do tạo ra liên kết chéo khi được tiếp xúc với ánh sáng.

 Sự đông cứng trong SGC.

Thông thường một chất dẻo nhạy sáng bao gồm hỗn hợp của các monomer, chất nhạy sáng photo initiators và oligomers (polyme chứa ít hơn 5 đơn vị monome) để đạt được các tính chất vật lý mong muốn. Vật liệu sẽ cứng lại khi sinh ra các liên kết chéo trong hỗn hợp chất dẻo nhạy nhạy sáng khi tiếp xúc với ánh sáng.

Quá trình của SGC:

1. Các mặt cắt ngang của mỗi lớp được tính toán dựa trên mô hình hình học của chi tiết và lớp độ dày mong muốn.
2. Mặt nạ quang học được tạo ra phù hợp với  mặt cắt ngang của  mỗi lớp.
3. Sau khi làm phẳng bề mặt, nền của chi tiết được phủ một lớp polymer nhạy sáng mỏng.
4. Mặt nạ tương ứng với hifh dạng lớp cần tạo sẽ cho tia UV năng lượng cao đi qua để chiếu vào polymer nhạy sáng.
5. Chất lỏng không tiếp xúc với ánh sáng UV sẽ được gạt qua.
6. Một lớp sáp lỏng sẽ được trải vào để điền đầy các khoảng trống của chi tiết. Sau đó sáp sẽ được đông cứng lại bằng một tấm làm nguội sáp.
7. Bề mặt của lớp sáp sẽ được quá trình phay làm phẳng đến bề dày yêu cầu.
8. Bề mặt làm việc sẽ tiếp tục được phủ một lớp polymer lỏng và lặp lại từ bước 4 đến bước 7 cho mỗi lớp tiếp theo đến khi lớp trên cùng được xử lý.
9. Sắp sẽ được loại bỏ bằng cách làm tan chảy sau khi chi tiết hoàn thành.

Các bước:

1. Chuẩn bị mặt nạ.
2. Phủ lớp polymer lỏng.
3. Định vị mặt nạ và phơi sáng lớp polymer.
4. Loại polymer không đông cứng khỏi bề mặt.
5. Điền đầy sáp.
6. Phay mặt phảy cho đến độ dày yêu cầu.

Đặc điểm các bước của SGC:

Ưu điểm:

• Hậu xử lý thì không cần thiết.
• Không cần cấu trúc đỡ.
• Độ chính xác kích thước tốt.
• Độ phức tạp chi tiết không giới hạn.
• Làm được chi tiết rỗng.
• Có thể xây dựng chi tiết lớn.
• Có tốc độ sản xuất nhanh khi so với các quá trình RP khác.

Nhược điểm:

• Chi phí ban đầu rất cao.
• Cần diện tích lớn để lắp đặt.
• Nhiều chất thải phải xử lý.
• Vật liệu giới hạn chỉ với nhựa acrylic và epoxy.

Ứng dụng:

Có thể chia ra làm bốn lĩnh vực:

Ứng dụng tổng hợp: thiết kế ý tưởng, thử nghiệm, kiểm tra kỹ thuật, kiểm tra thiết kế, phân tích chức năng, sản phẩm để bán, nghiên cứu thị trường.

Các ứng dụng trong đúc: đúc mẫu chảy. đúc khuôn cát, nhanh chóng tạo các dụng cụ tự do của chi tiết nhựa.

Khuôn và dụng cụ: dụng cụ từ silicon, epoxy, dụng cụ đầu phun kim loại, dụng cụ làm từ acrylic, khuôn thạch cao.

Chuẩn đoán hình ảnh y khoa:  tạo ra các sản phẩm thay thế bộ phận cơ thể như răng.