Additive Manufacturing | ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΤΑΛΛΩΝ - ΠΛΑΣΤΙΚΩΝ
Η μορφοποίηση εσωτερικών σπειρωμάτων σε πλαστικά αντικείμενα παρουσιάζει, όπως όλοι γνωρίζουμε, ορισμένα προβλήματα. Σε γενικές γραμμές η μορφοποίηση απλών εσωτερικών επιφανειών είναι σχετικά εύκολη. Μια μικρή κλίση των επιφανειών του πυρήνα επιτρέπει στο αντικείμενο να απομακρυνθεί από το καλούπι με την βοήθεια εξολκέων ή πλάκας εξόλκευσης. Το αντικείμενο ολισθαίνει πάνω στον πυρήνα, η κωνικότητα του αρσενικού μειώνει γρήγορα την αντίσταση εξόλκευσης και το όχι πλήρως στερεοποιημένο αντικείμενο εξολκεύεται χωρίς παραμόρφωση. Ακόμα και στις περιπτώσεις όπου υπάρχουν μικρού βάθους λεπτομέρειες στον πυρήνα (εγχάρακτες σημάνσεις γραμμάτων ή γραμμών δοσολογίας σε καπάκια απορρυπαντικών π.χ.) το αντικείμενο μπορεί να εξολκευτεί με το συμβατικό τρόπο που αναφέρθηκε νωρίτερα.
Όταν όμως η εσωτερική επιφάνεια του αντικειμένου έχει σπείρωμα (π.χ. καπάκι από φιάλη), τότε οι συνθήκες αλλάζουν τελείως και κάποια άλλη μέθοδος πρέπει να χρησιμοποιηθεί. Μερικά καπάκια με σπείρωμα είναι δυνατόν να απομακρυνθούν από το καλούπι «παραβιαστά» ή «χτυπητά» όπως ονομάζονται. Μικρές αλλαγές στη γωνία κορυφής καθώς και στο βάθος του σπειρώματος βοηθούν την διαδικασία. Ορισμένα θερμοπλαστικά παρουσιάζουν ικανοποιητική ελαστικότητα ώστε να παραμορφωθούν όσο χρειάζεται κατά την απομάκρυνση τους πάνω από το σπείρωμα και να επανακτήσουν την αρχική τους γεωμετρία αμέσως μετά.
Όταν τα σπειρώματα έχουν μεγάλο βάθος και το υλικό δεν είναι επαρκώς εύκαμπτο, τότε το αντικείμενο πρέπει να εξολκευτεί με εντελώς διαφορετική μέθοδο.
Οι περιστρεφόμενοι πυρήνες (τους οποίους συναντάμε στα λεγόμενα «ξεβιδωτικά» καλούπια) είναι η πλέον συνηθισμένη λύση για το πρόβλημα αυτό. Εδώ συναντάμε επιπλέον ένα σύνολο από γρανάζια, ρουλεμάν και οδηγούς επαναφοράς (πατρόν). Η λειτουργία του συστήματος αυτού στηρίζεται στην περιστροφή του αρσενικού κατά την αντίστροφη φορά από εκείνη του σπειρώματος έως ότου ελευθερωθεί το αντικείμενο. Η μέθοδος αυτή απαιτεί και διάφορα άλλα εξαρτήματα, όπως έναν οδοντωτό κανόνα με δυνατότητα ρύθμισης ώστε να συγχρονιστεί η περιστροφή. Για την λειτουργία του οδοντωτού κανόνα χρησιμοποιείται κάποιο πνευματικό ή υδραυλικό σύστημα εμβόλων. Εναλλακτικά χρησιμοποιείται σύστημα ηλεκτρικού κινητήρα, αλυσίδας κίνησης και γραναζιών για την περιστροφή των αρσενικών. Η πρώτη λύση πλεονεκτεί σε ακρίβεια στην γωνία περιστροφής, ενώ η δεύτερη σε ταχύτητα (δεν απαιτείται επαναφορά των γραναζιών στην αρχική τους θέση). Για την ομαλή και απρόσκοπτη λειτουργία των αρσενικών κρίνεται απαραίτητη η χρήση κατάλληλου τύπου ρουλεμάν. Επιπλέον πάνω στις αρσενικές μορφές του καλουπιού θα πρέπει να υπάρχει αποτυπωμένο κάποιο χαρακτηριστικό που να εμποδίζει το ξεβίδωμα των αντικειμένων κατά την φάση περιστροφής των πυρήνων μέσα από αυτά. Τούτο συνήθως επιτυγχάνεται με την χρήση εγκοπών που αποτρέπουν την περιστροφή του αντικειμένου και βρίσκονται πάνω στο σταθερό τμήμα του πυρήνα ή στον δακτύλιο εξόλκευσης.
Όπως προκύπτει από τα παραπάνω, προκειμένου να μορφοποιήσουμε ένα απλό σπείρωμα απαιτούνται αρκετά εξαρτήματα και σε κάποιες περιπτώσεις δυνατότητα λεπτομερούς ρύθμισης. Ονομάζεται δε απλό το σπείρωμα αυτό, επειδή οι σπείρες του περιστρεφόμενου πυρήνα είναι χαραγμένες μέχρι την άκρη του. Σε διαφορετική περίπτωση, θα υπήρχε παραβίαση των σπειρών κατά την απομάκρυνση του αντικειμένου.
Οι συρρικνούμενοι πυρήνες (εικ. 1) προσφέρουν ορισμένα μοναδικά πλεονεκτήματα έναντι των περιστρεφόμενων. Η αρχή λειτουργίας τους προβλέπει πρώτα την συρρίκνωση του πυρήνα σε μέγεθος κατάλληλο ώστε να ελευθερωθεί όλη η εσωτερική γεωμετρία του αντικειμένου, και στην συνέχεια την απομάκρυνση του πυρήνα από πλαστικό.
Στην βασική του μορφή αποτελείται από δύο εξαρτήματα: τον κεντρικό πύρο και το συρρικνούμενο δαχτυλίδι. Το συρρικνούμενο δαχτυλίδι αποτελείται από δύο ειδών «δόντια»: τα εσωτερικά και τα εξωτερικά. Τα «δόντια» είναι διατεταγμένα σε κυλινδρικό σχηματισμό και όλα έχουν την τάση να καμφθούν προς το κέντρο του δαχτυλιδιού. Τα εσωτερικά «δόντια» είναι πιο στενά και κάμπτονται περισσότερο προς το κέντρο απ’ ότι τα εξωτερικά. Ο κεντρικός πύρος είναι ένας κυλινδρικός άξονας που χρησιμοποιείται για να κρατάει τα «δόντια» στην θέση τους και να δίνει μορφή στο πάνω μέρος της μορφοποιούμενης επιφάνειας. Όταν ο κεντρικός πύρος εισέρχεται από το πίσω μέρος του πυρήνα (εικ. 2), τα εσωτερικά «δόντια» πιέζονται προς τα έξω, κόντρα στα εξωτερικά «δόντια». Καθώς ο κεντρικός πύρος συνεχίζει την κίνηση του, τα εσωτερικά και τα εξωτερικά «δόντια» μετακινούνται προς την τελική τους θέση, έτσι ώστε να σχηματίσουν ένα συμπαγές δαχτυλίδι γύρω από τον κεντρικό πύρο.
Όταν ο συρρικνούμενος πυρήνας ειδωθεί από την πλευρά της μορφής, τα «δόντια» από τα οποία αποτελείται το συρρικνούμενο δαχτυλίδι μοιάζουν σαν «κομμάτια πίτας» που έχουν τοποθετηθεί το ένα πλάι στο άλλο σχηματίζοντας έναν κύκλο. Κατά την αντίθετη κίνηση του κεντρικού πύρου τα εσωτερικά «δόντια» θα μετακινηθούν σε μέρος που προηγουμένως καταλαμβανόταν από τον πύρο. Η κίνηση αυτή δημιουργεί κενά τα οποία θα καταληφθούν από τα εξωτερικά «δόντια». Όλες αυτές οι κινήσεις συμβαίνουν ταυτοχρόνως, λόγω της προφόρτισης των «δοντιών» έναντι του κεντρικού πύρου, και της γεωμετρίας τους, που τους επιτρέπει να ολισθαίνουν μεταξύ τους καθώς ο πυρήνας συρρικνώνεται ή διαστέλλεται. Μια περιοχή στο εσωτερικό του συρρικνούμενου πυρήνα με κατάλληλη κωνικότητα επιτρέπει το άνοιγμα του πυρήνα με ελεγχόμενο τρόπο.
Ο συρρικνούμενος πυρήνας έχει κατά μέσο όρο (ανάλογα με το μέγεθος του) 12 «δόντια» και ένα κεντρικό πύρο προκειμένου να μορφοποιήσει το εσωτερικό ενός πλαστικού εξαρτήματος με σπείρωμα. Κάθε «δόντι» έχει τρεις επιφάνειες που σφραγίζουν ώστε να μην εισέλθει λιωμένο πλαστικό κατά τον κύκλο λειτουργίας του καλουπιού. Σαν αποτέλεσμα έχουμε 36 επιφάνειες που πρέπει να ταιριάξουν μεταξύ τους με ακρίβεια εκατοστών του χιλιοστού! Αρκετά απαιτητική εφαρμογή, ιδίως αν σκεφτεί κανείς πως όλα τα «δόντια» πρέπει να καμφθούν προκειμένου να ανοίξει και να κλείσει ο πυρήνας.
Ερχόμαστε λοιπόν στο σημείο όπου οι συρρικνούμενοι πυρήνες είναι δυνατόν να παρουσιάσουν κάποια αδυναμία. Υπάρχει περίπτωση να εμφανίσουν προεκτάματα (να «φλασάρουν» όπως συνήθως λέγεται). Το λιωμένο πλαστικό εισέρχεται σε κάθε διάκενο (πάνω από κάποια διάσταση συνήθως λίγων εκατοστών του χιλιοστού) με αποτέλεσμα τα παραγόμενα αντικείμενα να μην είναι αποδεκτά. Επίσης, πλαστικό μπορεί να συσσωρευτεί μεταξύ των «δοντιών» του συρρικνούμενου πυρήνα και να πρέπει να καθαριστεί. Με τις χρησιμοποιούμενες διαδικασίες τελειώματος (φινιρίσματος) της κατεργασίας του πυρήνα, καθώς και τις λεπτομερείς οδηγίες του κατασκευαστή, οδηγούμαστε στην αποφυγή μείωσης της ικανότητας σφραγίσματος του συρρικνούμενου πυρήνα. Ορισμένοι κατασκευαστές καλουπιών θεωρούν πως το κόστος τους μαζί με την ικανότητα σφράγισης τους και τις περίπλοκες διαδικασίες ολοκλήρωσης των μηχανουργικών κατεργασιών, καθιστούν τους συρρικνούμενους πυρήνες σαν την τελευταία λύση.
Η εφαρμογή των συρρικνούμενων πυρήνων ισχυρής σφράγισης, που δεν επιτρέπουν τη δημιουργία προεκτάματος δεν είναι κάτι το ανέφικτο. Αρνητικά κοψίματα, αυλάκια, νευρώσεις (επιμήκεις ή εγκάρσιες), προεξοχές, σπειρώματα, τρύπες μηδενικής ακόμα και αρνητικής κωνικότητας, είναι μερικές από τις περιπτώσεις όπου εφαρμόζεται η τεχνολογία αυτή με επιτυχία. Στην πραγματικότητα, όλα τα παραπάνω χαρακτηριστικά μπορούν να συνδυαστούν πάνω σ’ έναν πυρήνα! Εφ’ όσον ο πυρήνας συρρικνώνεται προτού απομακρυνθεί το αντικείμενο από αυτόν, σχεδόν κάθε χαρακτηριστικό και γεωμετρία είναι δυνατόν να αποτυπωθεί πάνω του. Ας μη ξεχνάμε: ο πυρήνας δεν περιστρέφεται.
Κατά τη πορεία εξέλιξης των συρρικνούμενων πυρήνων από την εμφάνιση τους μέχρι σήμερα, μεγάλη έμφαση έχει δοθεί στην ικανότητα σφράγισης των «δοντιών» τους, καθώς και στην απλοποίηση της διαδικασίας τελειώματος (φινιρίσματος) τους. Αρκετά πρωτότυπα και διαφορετικές παραγωγικές διαδικασίες χρησιμοποιήθηκαν. Αρχικά, τα αποτελέσματα παρουσίαζαν προεκτάματα (φλας) με αποτέλεσμα τα αντικείμενα να παρουσιάζουν μειωμένη ποιότητα. Μεγάλης έκτασης σχεδιαστικές και κατασκευαστικές αλλαγές εφαρμόστηκαν και πολλή προσοχή δόθηκε στην διαδικασία κάμψης των «δοντιών» η οποία είναι και το κλειδί της σωστής λειτουργίας. Η προσπάθεια αυτή απέδωσε πιο στιβαρούς και αξιόπιστους πυρήνες.
Στην τελική τους μορφή οι συρρικνούμενοι πυρήνες έχουν ορισμένα αξιόλογα χαρακτηριστικά. Το πλήρες συναρμολόγημα του πυρήνα είναι σημαντικά μικρότερο σε μήκος σε σχέση με παλαιότερες εκδόσεις. Έτσι, η εφαρμογή του σε μικρότερου μεγέθους πρέσες (οι οποίες δεν θα μπορούσαν να φιλοξενήσουν μηχανισμούς ξεβιδώματος) είναι πλέον ρεαλιστική. Η κατασκευή του καλουπιού απλουστεύεται σημαντικά: γρανάζια, οδοντωτοί κανόνες, έμβολά και τα υπόλοιπα εξαρτήματα που τα ξεβιδωτικά καλούπια απαιτούν, πλέον δεν χρειάζονται. Όλες οι απαραίτητες κινήσεις εκτελούνται από την κανονική διαδικασία ανοίγματος – κλεισίματος του καλουπιού. Το τελείωμα των κατεργασιών (φινίρισμα) έχει απλοποιηθεί και αυτό: χωρίς ειδικές ιδιοσυσκευές και περίπλοκες οδηγίες, ένα σωστό ρεκτιφιάρισμα είναι το μόνο που αρκεί.
Η χρήση των συρρικνούμενων πυρήνων για την μορφοποίηση εσωτερικών σπειρωμάτων και αρνητικών γεωμετριών σε πλαστικά αντικείμενα, παρουσιάζει αξιόλογα πλεονεκτήματα ως προς το κόστος και το χρόνο που απαιτείται για την υλοποίηση των αντίστοιχων συστημάτων με περιστρεφόμενους πυρήνες.
Technology.