Революция в производстве форм: 3D-печать в индустрии формообразования

Индустрия форм — одна из самых старых и всепроникающих: она связана со всеми областями производства. В современном мире производство и формы неразрывно зависимы: бесчисленные компоненты изготавливаются литьем (прессование, дутье, силикон) или отливкой (ковка, прессование, центробежная литье). Во всех случаях формы повышают эффективность и прибыль, гарантируя качество.

ЧПУ-обработка — самый распространенный метод изготовления форм. Он надежен, но дорог и трудоемок. Поэтому многие ищут более эффективные альтернативы. Аддитивное слой за слоем производство (ALM, то есть 3D-печать) становится привлекательным вариантом, особенно потому что формы обычно делаются малыми партиями и имеют сложные формы — идеально для 3D-печати.

Сегодня 3D-печать и разнообразие материалов (пластики, резина, композиты, металлы, воск, песок) приносят огромную пользу автопрому, авиации, медицине. Многие компании интегрируют 3D-печать в цепочки поставок, включая формообразование. Какие выгоды дает 3D-печать производству форм? Фактически, технология применяется в следующих аспектах:

• Литье (дутье, LSR, RTV, EPS, прессование, целлюлозные формы, растворимые сердечники, ВПС-формы и др.)
• Отливка (песчаные формы, центробежная литье, термоформирование, гидроформирование металлов и др.)
• Обработка, сборка и тестирование (фиксирующие и подвижные приспособления, модульные фикстуры...)
• Роботизированные захваты (end effector)

Преимущества изготовления форм 3D-печатью:

1) Сокращение цикла изготовления форм

3D-печать форм сокращает весь цикл разработки продукта, становясь драйвером инноваций. Раньше компании откладывали или отменяли обновления дизайна из-за высоких затрат на новые формы. Уменьшая время подготовки форм и позволяя быстро обновлять существующие инструменты, 3D-печать делает частые изменения и улучшения форм доступными. Цикл проектирования форм начинает идти в ногу с циклом проектирования продукта. Некоторые компании покупают собственное 3D-оборудование для изготовления форм, еще больше ускоряя разработку и повышая гибкость/адаптивность. Стратегически это укрепляет защиту цепочки поставок от рисков задержек и получения несоответствующих форм от поставщиков.

2) Снижение затрат на производство

Если стоимость металлической 3D-печати сегодня выше традиционных металлообрабатывающих процессов, экономия проще в области пластиков. Металлические 3D-печатанные формы экономически выгодны для малых, дискретных серий готовых изделий, где постоянные затраты сложно амортизировать, или для специфических геометрий (оптимизированных только для 3D-печати). Особенно выгодно, когда используемые материалы очень дорогие, а традиционное формообразование дает высокий процент отходов. Возможность получить точную форму за несколько часов положительно влияет на производственные процессы и маржинальность. Важно также при остановках производства и/или дорогом хранении форм.

Кроме того, формы часто требуют модификации после запуска производства. Гибкость 3D-печати позволяет инженерам параллельно опробовать множество итераций и снизить предварительные затраты на изменения дизайна форм.

3) Улучшение дизайна форм добавляет функциональность готовому изделию

Часто специальный металлургический подход в металлической 3D-печати улучшает микроструктуру и дает полностью плотную деталь с механическими/физическими свойствами не хуже кованых/литых (в зависимости от термообработки и ориентации испытаний). Аддитивное производство дает инженерам неограниченные возможности улучшения дизайна форм. Когда целевая деталь состоит из нескольких подкомпонентов, 3D-печать позволяет интегрировать дизайн и сократить число деталей. Это упрощает сборку и уменьшает допуски. Также обеспечивает интеграцию сложных функций, ускоряя производство высокофункциональных изделий и снижая брак. Пример: общая масса прессованной детали зависит от теплообмена между материалом и охлаждающей жидкостью в приспособлении. Охлаждающие каналы при традиционном производстве обычно прямые — результат: медленное и неравномерное охлаждение. 3D-печать позволяет создавать каналы любой формы для оптимального равномерного охлаждения → выше качество, меньше брак. Ускоренное удаление тепла значительно сокращает цикл прессования, так как охлаждение составляет до 70% всего цикла.

4) Оптимизация инструментов: более эргономичные и высокопроизводительные

3D-печать снижает барьер валидации новых инструментов для неудовлетворенных потребностей производства, позволяя изготавливать больше подвижных и фиксирующих приспособлений. Традиционно инструменты использовались максимально долго из-за затрат на редизайн и изготовление. С 3D-печатью можно перерабатывать любой инструмент в любой момент, а не только списанные. Благодаря малым временным и стоимостным затратам, оптимизация инструментов для лучшей маржинальной производительности становится экономически целесообразной. Технологи могут учитывать эргономику для повышения комфорта, сокращения времени операций, удобства хранения. Даже экономия нескольких секунд на операцию сборки в сумме дает значительный эффект. Оптимизация дизайна инструментов также снижает процент брака деталей.

5) Индивидуальные формы для кастомизации конечного продукта

Сокращенные циклы, сложные геометрии и снижение затрат позволяют компаниям создавать множество персонализированных инструментов для производства кастомизированных деталей. 3D-печать форм идеально подходит для кастомизированного производства — медицина, медицинское оборудование. Предлагает хирургам персонализированные 3D-печатанные инструменты: хирургические навигаторы и инструменты, улучшающие результаты операций и сокращающие время.