Как инструменты, напечатанные на 3D-принтере, могут изменить будущее прототипирования

Когда мы обсуждаем роль 3D-печати в мире производства, мы часто рассматриваем способы, которыми аддитивное производство может в конечном итоге заменить традиционные методы. На самом деле, многие разработчики аппаратного обеспечения AM эффективно продвигают свое оборудование как непосредственную замену таким вещам, как станки с ЧПУ или системы литья под давлением.

Но 3D-печать также можно использовать для дополнения существующих технологий, таких как обработка на станках с ЧПУ, литье под давлением, изготовление листового металла, экструзия и литье.

Это связано с тем, что системы аддитивного производства — будь то промышленные металлические технологии, такие как DMLS, или пластиковые технологии, такие как FDM или SLS, — могут использоваться для создания 3D-печатных инструментов для этих процессов, ускоряя и/или улучшая производство для достижения лучших результатов.

В этой статье рассматривается, как 3D-печатные инструменты формируют будущее прототипирования и мелкосерийного производства. В нем обсуждаются различные виды 3D-печатных инструментов, почему 3D-печатные инструменты полезны и какие материалы доступны.

Типы инструментов для 3D-печати

Оснастка — это общий термин, используемый для описания различных механизмов фиксации, поддержки или формирования, используемых в производстве. Инструмент для детали может состоять из одного или нескольких компонентов и обычно изготавливается из прочного материала, такого как инструментальная сталь.

3D-печать может быть использована для изготовления нескольких видов инструментов. Однако некоторые компоненты изготовить проще, чем другие, а некоторые можно изготовить только на высококлассном аддитивном оборудовании.

1. Формы

Форма — это своего рода полый контейнер, который заполняется материалом для изготовления деталей. Изготовление пресс-форм обычно выполняется с помощью механической обработки, но 3D-печать в сочетании с термостойкими материалами становится приемлемым вариантом для некоторых деталей.

Печатные формы могут потребовать тщательной шлифовки или другой обработки поверхности, прежде чем они будут готовы к использованию, но скорость, с которой они могут быть изготовлены, становится огромным преимуществом для компаний, занимающихся прототипированием.

По словам немецкой компании AM EOS, «возможность производить даже самые сложные конструкции высокого качества и в короткие сроки означает, что 3D-печать… предлагает явные преимущества для изготовления пресс-форм».

2. Джиги

Кондуктор — это изготовленное по индивидуальному заказу зажимное приспособление, используемое для улучшения согласованности деталей во время производства. Обычно он используется для направления и контроля движения режущего инструмента.

3D-принтеры становятся все более и более полезными для изготовления нестандартных предметов, таких как приспособления и приспособления, поскольку этот процесс недорог для одноразовых деталей.

Производители приспособлений и приспособлений для 3D-печати также могут значительно сократить время выполнения заказа, особенно если печать выполняется в домашних условиях.

3. Светильники

Крепеж представляет собой специально изготовленное удерживающее устройство, используемое для фиксации заготовки во время производства, обычно механической обработки. В отличие от шаблонов, заготовки обычно уникальны для изготавливаемых деталей, а не для производственного оборудования.

Кондукторы и приспособления можно напечатать на 3D-принтере из металла или технического пластика, такого как ТПУ или нейлон, армированный углеродным волокном.

4. Экструзионные головки

Матрицы представляют собой толстые стальные пластины с фигурными отверстиями. В процессе экструзии материал проталкивается через отверстие матрицы, создавая длинную деталь с поперечным сечением, соответствующим отверстию матрицы.

Как и пресс-формы, штампы обычно изготавливаются из термостойких материалов, таких как сталь, печать на которых упрощается с помощью таких процессов, как DMLS и SLM.

Преимущества инструментов для 3D-печати

Конформные каналы охлаждения

В таких процессах, как литье под давлением, охлаждающие каналы используются для подачи охлаждающей жидкости вокруг расплавленного материала, чтобы он равномерно охлаждался и затвердевал. Это помогает предотвратить коробление и деформацию формованной детали.

В обычных формах каналы обычно представляют собой прямые линии из-за сложности обработки более сложных форм. Но 3D-печать позволяет создавать конформные каналы охлаждения:каналы, повторяющие контуры детали, так что хладагент воздействует на каждую область детали в равной степени.

По словам специалиста по металлу AM Desktop Metal, «детали со сложной конструкцией и внутренней структурой, такие как конформные каналы охлаждения для нестандартных форм, идеально подходят для аддитивного производства, где время изготовления и стоимость детали не обязательно зависят от сложности конструкции».

Быстрое изготовление

3D-печать — это быстрый процесс, требующий минимального времени на настройку или подготовку. Это позволяет быстро изготавливать оснастку и немедленно менять оснастку, если инструмент ломается или требует замены.

Хотя 3D-печатные инструменты все еще находятся в зачаточном состоянии и не поддерживаются большинством производителей (или клиентов), они уже становятся важными для быстрого прототипирования, когда соображения времени выполнения заказа имеют приоритет над другими факторами.

3D-печатные инструменты окажут большое влияние на будущее прототипирования просто потому, что они явно ускоряют традиционные процессы прототипирования.

Доступно и эффективно

Инструмент может быть очень дорогим, особенно если требуется несколько компонентов или конструкция особенно сложна. 3D-печать может снизить стоимость инструментов, поскольку сложную и замысловатую конструкцию можно изготовить почти так же быстро, как и простую.

AM также эффективен с точки зрения использования материала, поскольку не требует вырезания ненужного материала из заготовки.

В конце концов, любой обходной путь, который резко сокращает затраты на этапе прототипирования, в конечном итоге будет играть все большую и большую роль в процессе прототипирования.

Производитель 3D-принтеров Markforged говорит, что «производители могут печатать на 3D-принтере от 10 до 50% своих надежных инструментов, используемых в их процессе», что представляет собой «значительную ценность, если учесть, что средняя экономия затрат на 3D-печатную деталь по сравнению с обработанная часть составляет 80%».

Может использоваться для разных процессов

3D-печатные инструменты можно использовать для нескольких уникальных производственных процессов, в том числе:

• Литье под давлением
• Литье под давлением
• Выдавливание
• Обработка с ЧПУ
• Изготовление листового металла

Лучшие материалы для инструментов AM

Инструментальная сталь

Инструментальная сталь — это твердая сталь, подходящая для сложных производственных задач. Из-за его твердости требуется много времени для точной обработки.

Однако некоторые технологии 3D-печати металлом могут печатать материал, что создает возможности для 3D-печати таких предметов, как формы для литья под давлением. Промышленная компания AM EOS производит ряд порошков инструментальной стали для 3D-печати, включая мартенситностареющую сталь и инструментальную сталь 1.2709.

Инконель

Такие процессы, как DMLS и SLM, можно использовать для печати инструментов из никелевых сплавов Inconel. Инконель устойчив к высоким температурам, что делает его пригодным для использования в различных инструментах, включая литье и экструзию.

Композиты

Композиты, такие как нейлон, армированный углеродным волокном, или PEEK, могут служить заменой высокопрочных металлов при изготовлении инструментов для 3D-печати, таких как приспособления и приспособления.

Технические термопласты

Компания Stratasys, занимающаяся 3D-печатью, рекомендует изготавливать определенные приспособления и приспособления из высокоэффективных материалов FDM, таких как ТПУ, армированный нейлон или ASA.

3ERP — специалист по быстрому прототипированию с многолетним опытом в области механической обработки, аддитивного производства и других дисциплин. Свяжитесь с нами, чтобы получить бесплатное предложение.