Polymer SDM đã phát triển như là một quy trình tạo mẫu nhanh để sản xuất
những chỉ tiết Polymer. Trước hết, phân biệt ba loại đối tượng tạo mẫu và những
yêu cầu của chúng. Ba loại này là “Hình học” tạo mẫu, “Chức năng” tạo mẫu, “Kỹ
thuật” tạo mẫu. Những nguyên mẫu hình học được sử dụng chủ yếu như những công
cụ truyền thông; những hình dạng và những kích thước của chúng thì quan trọng nhưng những thuộc tính cơ khí của chúng thì không quan trọng. Ngoại lệ duy nhất của nguyên tắc này là một vài nguyên mẫu hình học được sử dụng như những mẫu
để chế tạo công cụ mềm hay những thuộc tính khác, trong một vài mức độ nào đó có thể yêu cầu cơ cấu cứng. Những nguyên mẫu chức năng được dự định thử thực tế
cho những chỉ tiết hay những hệ thống; những thuộc tính cơ khí của chúng khá quan trọng. Không phải duy nhất hình dạng và kích thước chính xác, mà những tính chất
cơ học của chúng phải có khả năng cho quá trình kiểm tra lập kế hoạch. Trong khi chúng có thể không yêu câu những tính chất cơ học của những chỉ tiết sản xuất cuối
cùng, nói chung yêu cầu sức bến, độ cứng và dẻo đai hợp lý. Cuối cùng, những kỹ
thuật tạo mẫu là những mẫu chính xác phù hợp với sản xuất những chỉ tiết. Chúng
yêu câu hình đạng và kích thước chính xác cũng như những tính chất cơ học để sản
xuất nhiều chỉ tiết. Vấn để này bao hàm cả việc sử dụng tư liệu sản xuất và quá trình sắn xuất như là quy trình đúc. Đa số những máy tạo mẫu nhanh thương mại có
những mục tiêu hình học và có thị trường tạo mẫu; Polymer SDM được dự định sản
xuất chức năng nguyên mẫu.
Sử dụng SDM cho những chức năng tạo mẫu yêu cầu sử dụng hợp lý những
hay thử chức năng. Nguyên liệu đổng nhất trong thời gian nghiên cứu hiện tại về căn bản độ bền của lớp xen bên hơn vật liệu Polymer SDM trước đây, cải thiện khả năng của những chỉ tiết SDM để chống lại quá trình thử chức năng.
6.3 Cấu trúc đa vật liệu.
Những cấu trúc đa vật liệu là những bộ phận đơn giản của Polymer SDM như sử dụng nhiều hơn một bộ phận vật liệu. Những vấn để hiện hữu đã làm phức tạp
hơn những hạn chế trong việc kết hợp các vật liệu. Hai bộ phận vật liệu phải thích hợp với nhau cũng như với những vật liệu hổ trợ và không vật liệu nào có thể bị hư
hại trong quá trình loại bỏ vật liệu hổ trợ. Những ràng buộc này có thể được giảm
bớt khi mà vật liệu được gắn hoàn toàn bên trong vật liệu khác. Nếu vật liệu phía trong được bao bọc hoàn toàn bên trong một vỏ ở phía ngoài không ngấm qua được,
sau đó vật liệu phía trong sẽ không được phơi bày ra bên ngoài dưới dung môi loại bỏ vật liệu hỗ trợ và chúng cũng không cần phơi bày ra bên ngoài. Chúng tương tự như quá trình sử dụng những khuôn bơm kim loại SDM, nơi những lõi chất in-va được bao quanh bởi những vỏ ở phía ngoài bằng Inox. Trong khi chất in-va bị hư hại bởi sự phơi bày trực tiếp dưới quá trình loại bỏ vật liệu hổ trợ, vỏ inox bảo vệ nó khỏi sự phơi bày như vậy cho phép sử dụng nó trong quá trình sản xuất.
Một ví dụ cấu trúc đa vật liệu Polymer SDM là một vỏ ở phía ngoài cứng với
vật chất có trọng lượng nhẹ ở trong. Kiểu cấu trúc này được xem xét cho việc gắn
vào những thiết bị điện tử. Một phần tương tự được mô tả trên hình 6.1; đây là cấu
trúc nữa vỏ với bọt ở bên trong. LUC-4180 Polyurethane được sử dụng như vật liệu cho vỏ ở phía ngoài và X-40 Polyurethane và bọt từ nhựa TAP (Dublin,California) đã sử dụng như vật liệu làm đẩy bọt . Mặt nạ hàn (Solder mask) được sử dụng như
vật liệu hổ trợ cho những bộ phận ban đầu này, có một vài vấn để về độ bóng bể mặt ở phía ngoài vỏ. Bọt X-40 polyurethane thì xử lý rất nhanh, vật liệu đông đặc thấp ( khoảng 32Kg/M3). Bề mặt nó có thể được chế tạo bằng máy tới một độ mịn tương đối khi hoàn thành mặc dù những bể mặt như vậy thường xốp. Hạn chế duy nhất của nó là không thể được sử dụng như một phần vật liệu SDM truyền thống bởi
vì nó không thể lắng đọng trên chính nó. Vật liệu có những lổ rất nhỏ khi đúc trên
bể mặt mịn, nhưng nếu đúc trên chính nó, tính xốp bể mặt trước đây sẽ tạo ra những
lổ rất lớn trong vật liệu đúc mới. Bởi vậy vật liệu này có thể chỉ được sử dụng trong những ứng dụng lớp đơn . Ở đó nó sẽ bao phủ toàn bộ mật độ của vật liệu.
Các nhà nghiên cứu ở Đại Học Carnegie Mellon đã phát triển những hệ thống đa vật liệu khác cho những ứng dụng vào điện tử. Một hệ thống sử dụng toàn
Hình 6.1 Võ Polyurethane với Polyurethane lấp kín bọt [1].
của những thiết bị điện tử. Hệ thống khác kết hợp những vỏ Polyurethane với sự chuyển pha những vật liệu bên trong. Các vật liệu chuyển pha được thiết kế để đóng vai trò những lá toá nhiệt nhất thời để giảm bớt nhiệt độ của thiết bị điện tử.
6.4 Những cơ cấu máy.
Những cơ cấu tích hợp và những cơ cấu lắp ráp là một ứng dụng đây hứa hẹn của Polymer SDM. Các chỉ tiết được lắp ráp sớm nhất được làm với Polymer SDM là những chỉ tiết đơn giản gắn với trục xe và tay cầm. Những cơ cấu tích hợp sau đó bao gồm những đĩa trượt xây dựng bên trong khung được trình bày trên hình 5.3.
Những chỗ lắp ráp đó nơi mà những chỉ tiết xây dựng không tiếp xúc trực tiếp với nhau, những nó được xây dựng với khoảng hở lớn giữa những chỉ tiết. Những chỉ tiết được hoàn thành cho phép các đĩa trượt di chuyển tự do bên trong khung, nhưng
không cho các đĩa được chuyển dịch. Những cơ cấu tiên tiến hơn làm từ TDT 205-3
được trình bày ở hình 5.4 .
Các chỉ tiết này được chế tạo trong vài lớp và bao gồm chuyển động quay tại bản lễ thẳng đứng. Những cơ cấu này phát triển để kiểm tra ứng dụng khí động học yêu cầu phân loại tuyến tính. Kết cấu lấp ráp được mô tả ở hình 6.2. Những . cơ cấu này có khoảng hở tương đối nhỏ, khoảng hở xuyên tâm quanh bản lề của mỗi vành là năm mươi micron. Khoảng hở trục giữa những vành và đỉnh giới hạn là hai trăm micron. Chỉ tiết này được làm từ TDT 205-3 Polyurethane sử dụng sáp Kindt-
Collins 3230A làm vật liệu hổ trợ.
6.5 Gắn kết các đối tượng.
Quy trình Polymer SDM đặc biệt phù hợp với sản xuất một chỉ tiết với các đối tượng gắn kết. Sự lắng đọng và tạo hình những bước có thể dừng lại giữa những lớp hay những bộ phận của lớp, những đối tượng có thể lồng vào trong một chỉ tiết và được xây dựng tiếp tục. Như vậy nó cho phép sản xuất những chỉ tiết với sự đa dạng các thành phần bên trong. Những chỉ tiết cơ khí thuần tuý, như là những cái lò xo, những ổ bị hay những kim loại được thêm vào có thể đặt vào chi tiết hay giữa những bộ phận riêng biệt của tập hợp những cơ cấu. Những chỉ tiết đó có thể đảm bảo cung cấp liên kết đến những đối tượng khác, hoặc có thể cho phép tự do hay
hạn chế chuyển động giữa những miếng của những chỉ tiết đơn lẻ. Trong khi những
chỉ tiết gắn kết kiểu này có thể mở rộng không gian thiết kế cho Polymer SDM, sử dụng “Khôn khéo“ những đối tượng gắn kết tạo ra nhiều phương án sản xuất. Việc gắn thêm cảm biến, những cơ cấu truyền động đầu từ và điện tử là tất cả khả năng
của những chỉ tiết Polymer SDM. Những ví dụ tất cả ba lớp của đối tượng này đã
được lắp ráp vào.
Hình 6.3 cho thấy một mẫu của bộ lựa chọn chuyển đổi chuyển động quay
với hoạt động nút bấm tích hợp. Đây là ví dụ của một chỉ tiết với những đối tượng cơ
khí gắn kết thuần tuý. Nó được thiết kế cùng một Seri để thích hợp máy tính gọi là “Tactical Information Assistants” phát triển dưới hợp đồng DARP. Sự chuyển đổi
được quay tới một thanh trên màn hình lựa chọn qua một số sự lựa chọn và được báo
hiệu sự lựa chọn của lựa chọn hiện thời. Sự phản hổi của cảm biến chính xác cho chuyển động quay được cung cấp bởi mười hai vị trí chốt xung quanh đường tròn của thiết bị. Toàn bộ chổ u là lò xo tải cho phép nén phía trong báo hiệu sự chọn
lọc. Thiết bị được làm bởi Polymer SDM sử dụng Adtech LUC-4180 Polyurethane với lắp ráp thêm các đối tượng. Aremco Crystalbond 555 được sử dụng như vật liệu
hổ trợ. Việc lắp ráp lò xo cung cấp hiệu ứng nút bấm cho toàn bộ chổ u. Sự gắn kết
ống lót Teflon với divot cung cấp cả hai mặt chịu lực quay cho một chổ u và chốt
tính hiệu phản hồi. Những bể mặt bên ngoài được chế tạo bằng máy tới một độ bóng
bể mặt tốt; dưới đáy của chổ u thì được tái tạo từ bể mặt sáp hoà tan được với nước,
Hình 6.3 Polyurethane mặt số bên trong thiết bị [I].
Hình 6.4 cho thấy một đối tượng gắn kết cảm biến áp suất silicon sử dụng những thủ tục tương tự như Polymer SDM được những nhà nghiên cứu ở Stanford Dextrous thao tác trong phòng thí nghiệm. Những nhà nghiên cứu trong cùng phòng thí nghiệm cũng xây dựng một chỉ tiết Polymer SDM với sự gắn kết những cơ cấu truyển động đầu từ. Những cơ cấu truyền động đầu từ là những dây thép Nitinol shape-memory- -aloy chiều đài có thể thay đổi dưới sự điều khiển bằng điện. Những
dây được gắn với mối liên kết được lắp bản lề, cho phép xác định vị trí mối liên kết
sẽ được điều khiển trong thời gian chế tạo.
Hình 6.4 Chi tiết được gắn cảm biến [ 1].
Những nhà nghiên cứu ở Đại Học Carnegie Mellon có động lực đầu tiên cho sự phát triển Polymer SDM bởi vì quá trình sản xuất có thể thích hợp với những máy tính và những thiết bị điện tử khác. Vài thế hệ những thiết bị này đã được xây dựng; một ví dụ đợt gần nhất được thấy ở hình 6.5. Ở đây là “Frogman” một máy tính không thấm nước thích hợp cho thợ lặn sử dụng. Thiết bị được làm từ LUC-4180 Polyurethane và gắn vào đó nhiều thiết bị điện tử và chỉ tiết cơ khí; nó đã thành công được kiểm tra dưới nước. Như được để cập ở trên, vài sự kết hợp nhiễu vật liệu đã được nghiên cứu để sử dụng những thiết bị như vậy.
Hình 6.5 Polyurethane máy tính thích hợp cho thợ lặn[1]. 6.6 Mold SDM.
“Mold SDM” là một quy trình khác của SDM nó thêm những bước quá trình bổ sung cho phép sản xuất những đối tượng vật liệu mà không thể sử dụng cách khác trong quy trình SDM. Mold SDM quay quanh việc sử dụng SDM để xây dựng khuôn từ những vật liệu khác nhau. Những khuôn này được di chuyển dân dẫn xung quanh những phân được ép, mà có thể kiểm tra xử lý. Quy trình sử dụng vật liệu khối làm khuôn cho phép chúng sử dụng những vật liệu chỉ tiết mà không cần gắn kết giữa hai lớp của chính nó và cũng loại trừ bất kỳ khả năng nào xuất hiện khuyết tật của lớp xen mà có thể làm yếu đi chỉ tiết. Quá trình này được Cooper éí ai phát triển trước đây ở phòng thí nghiệm tạo mẫu nhanh Stanford. Những vật liệu hỗ trợ mặt nạ hàn phát triển sớm hơn cho việc sử dụng trong Polymer SDM cho phép phát triển quá trình này. Động lực trước tiên của Mold SDM là sản xuất những chỉ tiết ceramic xanh và đây còn là tiêu điểm chính của quá trình.
6.6.1 Quy trình Mold SDM.
Trong Mold SDM, một vật liệu khuôn (như là vật liệu “chỉ tiết“) và một bộ
phận vật chất tạm thời (như là “vật liệu hỗ trợ”) được sử dụng để làm khuôn trong suốt quá trình SDM. Khuôn này được xây dựng trên một lớp tại một thời điểm qua sự lắng đọng và loại bỏ vật liệu như trong quy trình SDM bình thường. Vào thời điểm kết thúc pha của quá trình này, khuôn làm từ vật liệu làm khuôn. Với những vật liệu tạm thời bên trong nó. Tại điểm này phần vật liệu tạm thời bị loại bỏ, sử dụng nhiệt hay những dung môi loại bỏ khuôn. Vật liệu cuối cùng là đối tượng Polymer được đúc vào khuôn này. Sau đó vật liệu được đưa vào khuôn, nó cho phép sửa chữa. Vật liệu này có thể đốt nóng để tăng tốc quá trình sửa chữa, miễn là sự đốt nóng không ảnh hưởng đến hình học của khuôn. Sau khi vật iệu Polymer được sửa chữa, loại bỏ rãnh rót hay quá trình gia công bằng máy thứ hai có thể thực hiện. Khuôn có thể loại bỏ xung quanh chỉ tiết Polymer, sử dụng nhiệt hay dung môi hay là một quy trình khác.
Hình 6.6 Cho thấy quy trình chính những bước chế tạo chỉ tiết Polymer chế tạo bằng Mold SDM. Những bước từ một đến tám thì xây dựng một lớp khuôn sử dụng SDM. Vật liệu màu sáng là vật liệu khuôn, trong khi những vật liệu màu tối
hơn là phần vật liệu tạm thời. Trong bước chín, vật liệu chỉ tiết tạm thời được hoà
tan, chỉ để lại phần khuôn. Trong bước mười, những vật liệu chỉ tiết Polymer hoàn
thành được đưa vào khuôn và cho phép sửa chửa. Ở điểm này, hai quy trình này có thể thực hiện. Trong bước 11a và 12a vật liệu khuôn được loại bỏ và sau đó những
rãnh rót làm mất đi bằng máy. Trong bước 11b và 12b, sự gia công bằng máy lân
hai sẽ được thực hiện trước tiên và sau cùng là loại bỏ khuôn.
` =:==:==-: S y ] Vật liệu khuôn
EH Vặt liệu chỉ tiết tạm thời
BE Vật liệu chỉ tiết
Hình 6.6 Quy trình Mold SDM [1].
Từ vật liệu cuối cùng được đúc tất cá ngay lập tức, vài sự hạn chế trên những
vật liệu cho quá trình SDM được nâng lên, như là yêu cầu liên tiếp những lớp dính chặt vào nhau. Quy trình Mold SDM bởi vậy mở rộng những họ vật liệu có thể được
xử lý bởi SDM. Trong khi cho phép sử dụng những nguyên vật hiệu khác nhau, nó
chịu sự ràng buộc mới trên tất cả những hệ thống vật liệu. Vật liệu khuôn và vật liệu chỉ tiết tạm thời tuỳ thuộc vào những sự ràng buộc ảnh hưởng đến những vật liệu Polymer SDM, từ khi những khuôn được làm “ Trực tiếp” quy trình Polymer SDM. Vật liệu chỉ tiết cuối cùng cũng phải thích hợp với những vật liệu khuôn trong khi vật liệu khuôn cũng phải loại bỏ mà không làm ảnh hưởng đến những vật liệu
chỉ tiết cuối cùng. Việc lập quy trình cũng phức tạp hơn, từ sự định hướng chỉ tiết
phải được lựa chọn và những dụng cụ chứa dùng để rót và những rãnh rót phải được thiết kế để đảm bảo lấp đây khuôn để sản xuất những chỉ tiết chất lượng cao. Những vật liệu Mold SDM hiện thời cho những chỉ tiết Polymer là những vật liệu khuôn sáp, những vật liệu chỉ tiết tạm thời là mặt nạ hàn và vật Hệu chỉ tiết cuối ' cùng.
Những chỉ tiết khuôn được làm từ sáp Kindt-Collins KC3230A, mà nó phát triển đặc
biệt cho những ứng dụng này. Vật liệu này có tính dẻo rất thấp, những chất sáp có độ tan chảy cao hơn đôi khi được sử dụng để xây dựng vách ngăn xung quanh những phần lắng đọng. Mặt nạ hàn tạm thời của vật liệu chỉ tiết được pha trộn với tỷ lệ 4:1