Постобработка в промышленной 3D-печати: Движение к автоматизации

Постобработка — часто упускаемая половина аддитивного производства, но она финальный ключ к достижению качества, точности и эстетической отделки, требуемой промышленными клиентами. Пока первые стадии — дизайн и сборка — всё более автоматизированы и цифрово-драйвенны, фаза постобработки остается в значительной степени ручной, создавая значительное узкое место для компаний, масштабирующих свои 3D-печатающие операции.

Ассоциация аддитивного производства (VDMA) идентифицировала постобработку как стадию, которой наиболее срочно нужно развитие для обеспечения настоящего серийного производства. В 2018 году фокус отрасли сместился к автоматизации этой фазы, признавая, что масштабируемый, повторяемый постобработочный рабочий процесс необходим для перехода от прототипирования к производству.

В этой статье мы исследуем типичные задачи постобработки, вызовы, замедляющие производство, и новейшие инновации, начинающие автоматизировать весь рабочий процесс.

Постобработка для 3D-печати: Обзор

Почти каждая 3D-напечатанная деталь требует некоторой формы постобработки для улучшения механических свойств, размерной точности и визуальной привлекательности. Необходимые шаги варьируются по материалу и технологии.

Общие задачи

• Удаление опор — первый шаг для деталей, построенных с опорами. Может делаться вручную, с растворителями для FDM-деталей, или очисткой излишков смолы для SLA-деталей перед удалением опор.
• Удаление порошка — для биндер-джетинга и SLS, неиспользованный порошок сначала удаляется, затем следует финишная обработка поверхности или инфильтрация.
• Подготовка металлических деталей — металлические детали проходят депаудеринг, отрезку от строительной пластины (проволочный EDM или ленточная пила), снятие напряжений, термообработку и обработку для удаления опор и соблюдения размерных толерансов.
• Инспекция — визуальная, размерная и неразрушающее тестирование (часто КТ-сканирование) обеспечивает соответствие деталей дизайн-спецификациям.
• Финишная обработка поверхности — шлифовка, замазывание, покраска для пластиков; обработка для металлов, обычно ручной процесс.

Таблицы постобработки

Узкое место постобработки

Несмотря на автоматизацию дизайна и сборки, постобработка остается трудоемкой. Эта ручная природа надувает лид-таймы, затраты и разрыв в навыках — препятствие для компаний, желающих масштабироваться.

Узкое место #1: Длинные лид-таймы

Постобработка может добавить 17% до 100% к общему циклическому времени. Бэклоги, вызванные ограниченным трудом или доступностью оборудования, дальше расширяют эти задержки.

Узкое место #2: Добавленные затраты

Труд, оборудование и специализированные расходники повышают расходы. В металлическом AM стоимость проволочного EDM удаления может достигать $300 за строительную пластину и занимать несколько часов. Затраты на снятие напряжений и термообработку также могут достигать сотен долларов за деталь.

Узкое место #3: Разрыв в навыках

Высококачественная постобработка требует опытных техников и строгих практик безопасности, особенно для утилизации отходов и обращения с опасными материалами.

Ключевые разработки

Автоматизация постобработки становится приоритетом отрасли по мере роста производственных объемов. Компании пионерят умные решения для устранения ручных шагов.

Удаление порошка и очистка

Металлическое порошковое плавление в слое требует тщательного депаудеринга, особенно для сложных геометрий. Solukon SFM-AT800S использует вибрацию и программируемое вращение оси для очистки металлических деталей, и уже используется Siemens. Digital Metal разработала компьютерно-контролируемую систему депаудеринга, связанную с пик-энд-плейс роботом, перемещающим несспеквшийся порошок к следующему шагу автоматически. Для полимеров DyeMansion Powershot C обеспечивает воспроизводимую очистку через две струйные насадки и вращающуюся корзину.

Удаление опор

Ручное удаление опор остается основным временным поглотителем. PostProcess Technologies предлагает автоматизированные, безручные решения для FDM, SLA, PolyJet и CLIP деталей. Для металла Velo3D производит детали с до пятикратно меньшим количеством опор, а Materialise e-Stage для металла генерирует тонкие, легко удаляемые опоры, способные сократить время удаления на 50%.

Финишная обработка поверхности

Последовательное, высококачественное финиширование критично для прототипов и производственных деталей. Additive Manufacturing Technologies (AMT) запустила свой PostPro3D в сентябре, автоматизированную систему, сглаживающую эластомерные и нейлоновые детали, запечатывающую пористость без компромисса механической целостности — валидированную HP и Under Armour. Гибридные системы, комбинирующие DED с ЧПУ-фрезеровкой, уже улучшают металлические финиши поверхности и толерансы.

Инспекция и обеспечение качества

Цифровое QA появляется для замены ручной инспекции. AMFG предлагает планирование постобработки и цифровые QA-инструменты, импортирующие документацию детали, сравнивающие её с физическими измерениями и оптимизирующие рабочий процесс инспекции — повышая эффективность и прослеживаемость.

Постобработка: Дорога вперед

Автоматизация, дизайн-для-аддитивного-производства (DfAM) и развитие комплексных стандартов — столпы будущей постобработки. Новый термический стандарт постобработки ASTM для металлических AM-деталей — шаг в правильном направлении, но отраслевое внедрение займет время.

С продолжением инноваций и интеграцией цифровых инструментов, отрасль готова преодолеть текущие узкие места, доставляя пропускную способность, последовательность и продуктивность в масштабе.