Снижение излишнего инжиниринга: замена металлических деталей на передовые пластики

Инженеры часто полагаются на металлы для создания надежных продуктов, потому что они прочны, обычно коррозионностойки, термически стабильны и хорошо изучены в инженерном сообществе. Однако, учитывая достижения в высокотехнологичных термопластиках и термореактивных пластиках, производственных технологиях и инструментах цифрового проектирования, пластики способны на гораздо больше, чем вы можете представить. Возможно, вы переусложняете свою деталь, делая её из металла, и упускаете множество благоприятных свойств пластиков.

Что нужно учитывать

Чтобы решить, подходит ли ваша деталь для конвертации из металла, важно понять эксплуатационные требования к изделию. Каковы условия работы? Каковы нагрузочные случаи? Какая ползучесть/усталость допустима? Каковы требования к химической и УФ-стойкости? У вашей детали могут быть непреодолимые требования, делающие её неподходящей для замены, но широкий спектр свойств материалов и разнообразие пластиков на рынке делают поиск подходящей альтернативы легче, чем когда-либо.

Достаточно прочно

Хотя пластики не обладают прочностью металлов, определенные пластики достаточно прочны для многих применений. Например, Cyanate Ester — проприетарный полимер для технологии Digital Light Synthesis (DLS) от Carbon — обладает высокой температурой деформации под нагрузкой, прочностью и жесткостью. В частности, жесткость сравнима со стеклонаполненным нейлоном и использовалась для замены некоторых устаревших металлических компонентов, где стоимость или вес являются более важными факторами. Продуманная переработка с использованием сложных структурных элементов, таких как ребра и усилители, может позволить конвертировать деталь из металла в пластик и при этом выполнить функциональные требования.

В некоторых случаях пластиковые детали могут даже превосходить металлические. Металлические детали со сложной геометрией иногда требуют вторичных процессов, таких как сварка отдельных компонентов для достижения финальной геометрии. Сварные швы вводят точки потенциальной слабости и коррозии, тогда как пластиковый компонент может быть произведен как единое целое без этих недостатков, как показано на фото ниже.

Прирост производительности

Современные пластики также предлагают широкий спектр функциональных преимуществ. Например, шестерни — хорошие кандидаты для конвертации, потому что правильный пластик может не требовать внешней смазки, которая часто нужна металлу. Кроме того, в высококоррозионной среде пластиковая деталь может иметь более длительный срок службы и в конечном счете превзойти свой металлический аналог.

Другие функциональные преимущества пластиков включают улучшенную герметичность, вибро- и шумоизоляцию, электрическую и термическую сопротивляемость. Пластиковые производственные методы также обеспечивают более высокие допуски, чем листовой металл или литье. Наконец, пластиковые методы дают больше контроля над эстетикой продукта, позволяя кастомизировать цвета, добавлять логотипы или наносить текстуры.

Экономия денег и времени

Существует множество возможностей для снижения затрат через перепроектирование металлических деталей. Очевидный пример — авиакосмическая отрасль, где сокращение массы в несколько унций переводится в значительные деньги. Другие области потенциальной экономии:

• Экономия материала и времени за счет устранения необходимости дополнительного покрытия или покраски, требуемой для многих металлических деталей
• Снижение затрат за счет повышенной материальной эффективности процессов с близкой к чистовой геометрией
• Сокращение временных и трудовых затрат за счет консолидации сборки, доступной при литье и 3D-печати

Пример реальной экономии из нашего бизнеса. Воздуховоды — отличные кандидаты для консолидации деталей, потому что геометрию и поток воздуха можно оптимизировать с аддитивом. Fast Radius производит охлаждающий воздуховод в серии принтеров HP 500/300 с использованием HP MJF. Консолидировав восемь деталей (преимущественно металлических) в одну, HP смог упростить цепочку поставок и снизить стоимость компонента на 30 процентов.

Литье или печать?

Многие факторы влияют на выбор пластикового производственного процесса. Следующие факторы помогут определить, когда стоит рассматривать аддитивное производство вместо традиционных методов литья.

• Время подготовки (Lead time) — в то время как подготовка инструментов для литья может занять месяцы, аддитивное производство сокращает этот срок до дней или недель, ускоряя запуск продукта.
• Точка безубыточности — многие процессы литья требуют больших объемов для финансовой целесообразности из-за высоких затрат на инструменты и наладку. При малых объемах аддитивное производство дает значительную экономию.
• Свобода проектирования — аддитивное производство делает возможными ранее нереализуемые конструкции, раскрывая огромную ценность. Добавление сложных структурных элементов, таких как решетки, органические геометрии и кастомизация между деталями.

Сделайте лучше

Тот факт, что что-то работает, не значит, что не стоит пытаться сделать это лучше. Конвертация металлических деталей или сборок в пластик — отличное место для поиска эффективности и экономии в спецификации материалов (BOM). В Fast Radius мы помогли бесчисленным компаниям улучшить дизайн и производительность продуктов, конвертируя металл в пластик. Например, мы конвертировали традиционный теплообменник в Cyanate Ester и получили двукратное улучшение теплопередачи. Мы также помогли Bastian Solutions создать более легкую руку для своего манипулятора для перемещения материалов, изготовив единую деталь аддитивно из PA 12 вместо сборки, преимущественно металлической.

Так что в следующий раз, когда вы проектируете металлическую деталь, мы бросаем вам вызов: остановитесь и спросите себя — не может ли эта деталь быть сделана лучше из пластика?

Хотите прекратить переусложнять свои металлические детали? Обратитесь к экспертам Fast Radius, которые помогут выявить такие детали, перепроектировать их и производить эффективнее.

Готовы приступить к производству деталей с Fast Radius?

Начните расчет стоимости