От аддитивного производства к литью под давлению: быстрое масштабирование выпуска защитных экранов

Когда пандемия COVID-19 обрушилась на США, наша команда в Fast Radius быстро перенаправила значительную часть аддитивных мощностей на производство защитных экранов. На сегодняшний день мы изготовили и отправили тысячи аддитивно изготовленных экранов для защиты первичных работников от коронавируса. Экран многоразовый, крайне долговечный, простой в сборке и комфортный, но спрос далеко превысил наши аддитивные производственные мощности.

Чтобы сделать продукт доступным для большего числа людей, мы решили перейти на литье под давлением. Это позволяет на двух основаниях: производство значительно больших объемов и существенное снижение стоимости продукта за счет более низкой стоимости материалов и более быстрого производства.

В работе с клиентами мы часто используем аддитивные технологии для производства деталей при рамп-апе к производству литьем под давлением. Наша собственная история — наглядный пример того, как использовать технологии цифрового производства для перепроектирования аддитивного продукта под литье под давлением.

Быстрая итерация дизайна с инструментами симуляции

Нам нужно было внести существенные изменения в аддитивный дизайн «обруча» экрана (наголовника), чтобы сделать его пригодным для литья под давлением, сохраняя при этом его характеристики. Мы знали, что жесткость должна быть оптимизирована для устранения тонкостенных условий в стали инструмента, которые могли бы привести к повреждению инструмента при литье. Поскольку мы знали, что жесткость текущего обруча работает хорошо, мы смоделировали флуктуационное смещение аддитивного обруча и использовали это смещение как цель для жесткости литого под давлением дизайна.

Чтобы понять элементы, влияющие на жесткость, мы использовали метод конечных элементов (FEA) для выявления проектных переменных, дающих лучшие результаты. Мы опирались на пакет симуляции в Autodesk 360 — инструмент, который используем для проектирования, анализа и симуляции. Мы тестировали как паттерн ребер на передней части внешнего кольца, так и высоту короны. Хотя ребра добавляли некоторую жесткость, мы выяснили, что увеличение высоты короны — более эффективный способ минимизации смещения.

Однако увеличение высоты короны могло создать плохие условия для инструмента (тонкую сталь) между внешним и средним кольцами. Слот для вставки самого экрана очень тонкий — всего 1–2 мм; чем выше секции короны, тем более тонкая сталь требовалась бы для инструмента, повышая риск повреждения стали при литье.

Нам нужно было найти оптимальную высоту короны, снижающую тонкость стали при сохранении жесткости внешнего кольца обруча. Для определения этого мы провели 16 симуляций, незначительно корректируя дизайн для улучшения характеристик каждый раз. На этом этапе мы уже достигли цели и имели множество дизайнов со смещением, аналогичным или лучшим аддитивного обруча.

Быстрое прототипирование с HP Multi Jet Fusion (MJF)

Из смоделированных концепций мы выбрали три для печати на HP MJF, поскольку именно эту технологию мы использовали для производства исходного аддитивного обруча. Обычно детали MJF требуют трех дней для остывания до пригодного состояния, но наша команда инженеров по производству упаковала сборку так, что детали были готовы на следующий день.

Операционная команда на фабрике Fast Radius в Чикаго примерила три концептуальных обруча и сравнила их с исходной аддитивно изготовленной версией по комфорту и простоте сборки. Концепция 10 (третий дизайн) принимала экран легче всего, но команда предложила несколько модификаций для улучшения комфорта и упрощения сборки. Получившийся дизайн был использован для производства инструмента литья под давлением, который изготовит следующую версию обруча экрана.

В конечном счете, переход от аддитивного производства к литью под давлению сделает обруч гораздо более доступным для тех, кто в нем нуждается. Мы смогли снизить цену на 55%.

Когда мы начинали делать аддитивные обручи, мы удовлетворяли спрос, который не могли предсказать. Когда стало ясно, что мы можем сделать продукт более доступным, мы модифицировали аддитивный дизайн для литья под давлением и запустили инструмент в производство за всего три дня.

Наша команда работала без перерыва, чтобы вывести этот важный продукт на рынок. Мы достигли этого замечательного срока в значительной степени благодаря программному обеспечению для симуляции, цифровому производству и нашей гибкой модели работы. Пандемия заставила нас стать более гибкими в циклах разработки продуктов — тренд, который, по нашему мнению, продолжится и после пандемии.

Готовы изготовить свои детали с Fast Radius?

Начните расчет стоимости