Заменит ли 3D-печать инструментальную промышленность?

Опубликовано 11 ноября 2019 г., | By WayKen Rapid Manufacturing

Производство продукта — это не просто обработка деталей и их сборка. Производственный процесс включает в себя множество дополнительных задач, таких как разработка упаковки, продумывание логистики, а самое главное – разработка и изготовление оснастки. Оснастка – это общее значение компонентов, необходимых для успешного производства всех компонентов в требуемом объеме и с соблюдением всех установленных требований. Инструментальная промышленность обходится предпринимателям во всем мире в миллиарды долларов. Затраты на оснастку могут достигать до 50% от общей стоимости изделия. Однако разрабатываются новые технологии, позволяющие сократить время и стоимость оснастки. 3D-печать зарекомендовала себя как надежный и многообещающий метод для такой работы.

На протяжении многих лет технология аддитивного производства или, как ее обычно называют, 3D-печать, представляет собой аналогию с обычным процессом копирования 2D-цифровых изображений на лист бумаги. По мере развития технологии точность, прочность деталей, чистота поверхности и ассортимент материалов для аддитивного производства резко выросли. 5 лет назад распечатанные детали можно было использовать только для макетов и презентаций. Сегодня мы слышим о печатных металлических компонентах, устанавливаемых на двигатели Airbus, космические челноки и автомобили. Это означает, что 3D-печать стала полезной и для инструментов. Если учесть такое стремительное развитие, возможно, 3D-печать сможет заменить все традиционные процессы изготовления инструментов во всей отрасли?

Пластиковая 3D-печать вместо мягких инструментов

Мягкие инструменты обычно называют элементами, которые не требуют особых ограничений. Наиболее распространенным примером мягкой оснастки являются силиконовые формы для литья пластика. Они изготавливаются из различных отвержденных силиконовых смесей, в то время как твердая оснастка для литья под давлением изготавливается из металлических сплавов. Их долговечность мизерная по сравнению с твердыми инструментами (всего 1-1000 деталей в зависимости от сложности), но цена значительно дешевле. Силиконовые формы идеально подходят для создания прототипов, мелкосерийного производства и индивидуальной настройки. Вам понадобится только мастер-модель и одна или две формы штампа для производства небольшой, но значительной партии деталей. Итак, как аддитивное производство может улучшить и заменить здесь традиционный процесс?

Свяжитесь с WayKen, чтобы узнать больше о быстром прототипировании для литья под давлением.

Улучшения за счет аддитивного производства

Во-первых, 3D-печать уже играет значительную роль в силиконовом литье. Незаменима при изготовлении мастер-моделей. 3D-печать отлично подходит для изготовления одной индивидуальной детали, а преимущество заключается в том, что сложность геометрии практически не влияет на окончательное время и стоимость. Одна нестандартная сложная деталь представляет собой определение мастер-модели для литья пластмасс. После того, как мастер-деталь готова, ее погружают в жидкий силикон, а затем, когда она затвердевает, получаются две половинки штампа.

А что, если мы пойдем дальше и сами будем производить силиконовые штампы, просто печатая силиконовые формы. Это устранило бы необходимость в мастер-детали и ее постобработке. Современные 3D-принтеры не достигают необходимой чистоты поверхности с необходимыми материалами, но они могут производить чрезвычайно гладкие детали из более мягких полимеров. Кто сказал, что принтеры не смогут добиться такой же точности на более сложных материалах через пару лет? Когда это произойдет, индустрия традиционных силиконовых инструментов окажется в беде.

3D-печать и индустрия литья под давлением

Мы рассмотрели мягкую оснастку. Теперь давайте посмотрим, что 3D-печать может принести в индустрию твердого инструмента. Большая часть этой отрасли связана с прочными стальными штампами для деталей для литья пластмасс под давлением. Тем не менее, твердая оснастка включает штампы для штамповки металла, приспособления для механической обработки и измерительные зажимные инструменты (или целые специализированные единицы измерительного оборудования для конкретных деталей).

Инструментарий для различных отраслей

Твердый инструмент чаще всего производится с помощью станков с ЧПУ. Матрицы и приспособления изготавливаются из нержавеющей стали или сплавов твердых металлов, которые могут подвергаться термической обработке для дальнейшего увеличения срока их службы. Такие материалы очень трудно поддаются обработке. Вот почему обработка производства твердой оснастки стоит больших денег и занимает значительную часть времени изготовления продукта.

Твердая оснастка обычно изготавливается в виде одной единицы или очень небольшой партией. Обычно он имеет очень сложную геометрию с внутренними элементами. Именно в этой ситуации превосходна 3D-печать. Однако аддитивное производство еще не получило широкого распространения при производстве штампов.

Причины, по которым мы пока не видим аддитивного производства

На это есть несколько причин. Одна из причин заключается в том, что аддитивное производство металлов еще не обеспечивает точности и чистоты поверхности, которых могут достичь детали, обработанные на станках с ЧПУ. Так что полностью избежать обработки режущими инструментами не получится. Все это означает, что вы не можете избежать постобработки, а стоимость постобработанных деталей выше. Однако наиболее важная причина заключается в том, что усталостные свойства спеченных деталей еще недостаточно изучены. Это означает, что долговечность печатных деталей нельзя надежно предсказать. После проведения дополнительных исследовательских испытаний мы можем установить общие кривые усталости спеченных материалов. Как только это будет сделано, можно будет использовать аддитивное производство для долговечных компонентов. Кроме того, существует не так много материалов, подходящих для спекания металлических деталей, поэтому варианты штампов ограничены.

Будущее инструментов

Теперь, когда мы знаем текущие ограничения 3D-печати металлом, давайте посмотрим, что может произойти в будущем, когда эти ограничения в конечном итоге будут преодолены. Если мы разработаем принтеры, которые смогут изготавливать точные детали из сложных компонентов, темпы производства действительно взлетят до небес. Штампы будут изготовлены за считанные дни и намного дешевле по сравнению с сегодняшним производством. Стоимость обработки одной детали очень высока, а 3D-печать индивидуального питомца на самом деле выгоднее, чем изготовление партии. Твердость материала не имеет значения, так как он локально расплавляется, а не режется.

И последнее, но не менее важное:аддитивное производство может многое добавить с точки зрения внутренних каналов охлаждения. Сверла и отверстия не могут достигать более глубоких полостей и пространств, что приводит к разной скорости охлаждения. Однако аддитивные технологии могут предложить любую сложную форму каналов, которые эффективны, равномерно распределены по полости и не увеличивают стоимость штампа.

Заключение

Аддитивному производству предстоит пройти долгий путь, чтобы заменить традиционные надежные методы создания инструментов. Однако, как только технология созреет и свойства ее частей будут лучше изучены, у традиционных методов не будет шансов.