Переход от аддитивного производства к литью под давлением

Точность и повторяемость промышленной 3D-печати сделали аддитивное производство эффективным и точным процессом функционального прототипирования. В то же время литье пластмасс под давлением уже давно является надежным и эффективным с точки зрения затрат и времени способом производства деталей для больших производственных циклов, исчисляемых десятками тысяч и более.

В результате инженеры, дизайнеры и разработчики продуктов обнаружили, что эти два процесса хорошо работают вместе в жизненном цикле продукта, начиная со снижения проектных рисков при 3D-печати прототипов и затем переходя к производственному методу литья под давлением. наращивать для больших объемов. Для миллионов дизайнов деталей за эти годы это сочетание было идеальным.

В Protolabs есть множество примеров из нескольких отраслей, включая аэрокосмическую, оборонную и медицинскую.

Следует отметить, что существует несколько процессов 3D-печати, которые позволяют создавать полностью функциональные производственные детали. Например, при прямом лазерном спекании металлов для изготовления деталей конечного назначения используется целый ряд металлов. Селективное лазерное спекание с использованием материалов на основе нейлона позволяет создавать очень прочные конечные детали. Multi Jet Fusion также используется для изготовления конечных деталей из нейлона.

Тем не менее, переход от прототипов, напечатанных на 3D-принтере, к литью под давлением готовых деталей остается часто используемым вариантом, в основном, как уже упоминалось, потому что литье — это более экономичный и быстрый способ производства деталей в больших количествах.

При выборе этого варианта необходимо учитывать ряд уникальных особенностей дизайна. Этот пост предлагает советы по навигации в эту смену:

• Определение детали перед ее проектированием
• Использование нескольких прототипов
• Маневр через формование
• Выбор материалов
• Снижение затрат и сроков

Благодаря 3D-печати прототипов перед переходом к литью группы разработчиков продукции могут снизить проектные риски и ускорить итерации.

Снижение проектных рисков:определение детали перед ее проектированием

Прототипирование с помощью 3D-печати или аддитивного производства направлено на снижение проектных рисков:поиск путей улучшения конструкции детали; посмотреть, какие потенциальные риски могут быть для формы, подгонки и функции детали; пробовать и проверять различные концепции дизайна; и помнить о том, чтобы не загнать себя в угол, не принимая во внимание технологичность детали. Действительно, при 3D-печати существует несколько правил или ограничений, которые могут вызвать у вас проблемы при создании детали. Но разработка формообразующей детали — это совсем другая история. Функция влияет на форму любого типа детали, но, в частности, для пластиковых деталей она также влияет на отделку и даже на дизайн пресс-формы, которая их формирует.

Вот тут и приходит на помощь наша автоматизированная цифровая платформа котировок. Этот анализ особенно важен, если вы имеете в виду, что деталь будет формоваться или, по крайней мере, производиться в несколько больших количествах, помимо этапа прототипирования. Для деталей, напечатанных на 3D-принтере, вы получаете мгновенное предложение с интерактивным ценообразованием в зависимости от материала, разрешения и отделки. Кроме того, вы всегда можете получить отзыв о конструкции от одного из наших штатных инженеров по аддитивному производству. Для формованных деталей вы получаете интерактивную онлайн-цену в течение нескольких часов, а также анализ DFM и ценообразование в режиме реального времени в зависимости от количества, отделки и времени выполнения заказа.

Но давайте вернемся к некоторым примерам снижения рисков. В автомобильной промышленности конструкция детали, которая подходит для использования в качестве компонента двигателя внедорожника, скорее всего, должна выдерживать воздействие высокой температуры и влажности. Это будет определять ключевой выбор, например, какой материал использовать и какой метод производства выбрать. Это может потребовать использования селективного лазерного спекания (SLS), процесса 3D-печати, который может производить функциональные производственные детали, или может потребоваться формование или механическая обработка деталей. Или, скажем, медицинская компания создает прототип нового портативного хирургического инструмента. В этом случае напечатанный на 3D-принтере прототип будет инструментом, который будет прекрасно работать в кабинете врача или клинике для демонстрации продаж и тестирования полезности.

На этом раннем этапе разработки интерфейса лучший совет — использовать хорошие, надежные принципы проектирования, чтобы помочь с определением часть перед проектированием отдельно. Что приводит к следующему разделу:роль итеративных или множественных прототипов.

Команда инженеров, разработавшая квадрокоптер Indago, создала прототип конструкции с помощью 3D-печати, а затем перешла к формованию для производства.

Многопрототипирование помогает определить метод производства

Как уже упоминалось, существует несколько правил или ограничений при создании детали с помощью аддитивного производства. Это благословение и проклятие. Это особенно сложно, когда дизайнеры хотят перенести печатный прототип на формованные детали или другой метод производства. Почему? Ну, а в случае литья «не нравятся» толстые поперечные сечения, выступы, обтекания стержня и вязки, сложная геометрия, внутренние каналы или камеры, органическая геометрия и так далее. Другими словами, то, что что-то можно распечатать в 3D, не обязательно означает, что это можно формовать.

В результате перекрестное цитирование — цитирование по нескольким процессам или против них — наряду с итеративным прототипированием может быть полезным процессом проверки конструкции детали. Выполнение этого параллельно поможет показать, будет ли деталь вообще функциональной, а затем, как ее можно успешно преобразовать для следующего шага, в метод, позволяющий увеличить объем производства, будь то литье, литье, механическая обработка, листовой металл. изготовление или другой процесс. Это мультипрототипирование, вероятно, также поможет вам определиться с ценой и сроками.

В случае литья под давлением вы столкнетесь с дополнительными ограничениями на то, что можно и что нельзя формовать, потому что, если пресс-форма не может быть изготовлена, деталь не может быть изготовлена. Для литья под давлением потребуется использовать или добавить множество методов литья и элементов (см. следующий раздел «Маневрирование при литье»).

Примером этого процесса множественного цитирования в аэрокосмической отрасли является дрон-квадрокоптер Lockheed Martin (см. врезку). Разработчик проекта, Мигель Перес, инженер Lockheed Martin, работал с системой автоматического котирования DFM-анализа Protolabs, которая помогла ему пройти через различные итерации деталей и в конечном итоге привела к переходу от прототипирования с помощью 3D-печати к прототипированию и мелкосерийному производству. с литьем под давлением.

Он отправлял немодифицированную модель в систему ценообразования, а затем получал отзывы, например, о том, как могут работать половинки пресс-формы, предлагал боковые натяжения и выделял элементы, которые не могли быть отлиты. Затем Перес использовал эту информацию, чтобы превратить напечатанную на 3D-принтере деталь в несколько формообразующих взаимодействующих частей, которые сохранили бы замысел проекта. Затем он повторно отправлял измененные детали и получал еще больше отзывов от системы ценообразования о том, как может быть изготовлена ​​пресс-форма, показывая ему, например, где он, возможно, пропустил требуемый уклон в соответствующих направлениях.

Примером медицинской отрасли является проверочное тестирование, которое 3D-печать обеспечивает для такой детали, как замок Люэра, который навинчивается на конец шприца и прилегает к нему. Существуют определенные способы формовать эти замки для экономии средств, но конструкции можно сначала проверить с помощью 3D-печати, убедившись, что они достаточно плотно прилегают, например, для уплотнения, прежде чем считать, что они функционируют достаточно хорошо, чтобы перейти к формованию. /Р>

В конечном счете, в зависимости от проектируемой детали, тестирование и использование нескольких прототипов может помочь вам проверить, будет ли что-то работать, и помочь вам получить больше уверенности в прототипе, прежде чем переходить к формованию.

Прототипы сопрягаемых компонентов, таких как замок Люэра, который навинчивается на шприц, — отличный способ убедиться, что он подходит и работает, прежде чем вкладывать средства. в производственной оснастке.

Маневрирование через формование

Чтобы осуществить этот переход от печатных прототипов к формованным деталям, следует рассмотреть ряд методов литья под давлением и, при необходимости, применить их. Двумя лучшими из этих методов являются равномерная толщина стенки и уклон, хотя есть и несколько других. Вот краткое изложение:

Однородная толщина стенки. Поддержание одинаковой толщины стенок, вероятно, является наиболее важным требованием к конструкции для получения качественных формованных деталей. Однородная толщина стенок позволяет расплавленному пластику равномерно заполнять форму, не создавая деталей с перекосами, впадинами, тонкими линиями плетения или другими дефектами.

Черновик. Добавление уклона или уклона к вертикальным стенкам детали облегчает извлечение или извлечение детали из формы. Основное правило заключается в том, чтобы прикладывать 1 градус уклона на дюйм глубины к полости пресс-формы.

Радиусы Используйте радиусы или закругленные углы, чтобы улучшить поток пластика в форму, а также целостность детали. Острые углы повышают нагрузку с вашей стороны и препятствуют течению расплавленного пластика (смолы).

Ребра, косынки, пандусы. Включение ребер и поддерживающих косынок может повысить прочность конструкционных деталей и помочь устранить деформацию, усадки и пустоты. Ребра должны составлять от 40 до 60% толщины соседней стены. Наклоны, а не острые ступени, могут уменьшить напряжение при сдвигах между более толстыми и более тонкими участками стенки.

Боссы Создание более тонкой стенки на бобышке или монтажном элементе, в который будет ввинчиваться винт, устранит раковину и пустоты.

Для получения подробной информации о рекомендациях по проектированию для литья под давлением, включая рекомендации по размерам деталей и материалам, ознакомьтесь с нашими рекомендациями по проектированию для литья пластмасс под давлением, которые включают размеры максимальных размеров, списки часто используемых пластиков и отделки поверхности, а также индивидуальное согласование цветов и варианты вторичной отделки; рекомендации по проектированию жидкого силиконового каучука (LSR); а также рекомендации по литью под давлением и вставкам.

Материалы для литья под давлением

Двумя широкими категориями пластиковых материалов являются термопласты и термореактивные материалы (например, LSR). Выбор материала основывается на множестве соображений. Важны механические, физические, тепловые и электрические свойства материала. Технологичность имеет важное значение, например, характеристики смол (пластиковых материалов в их необработанном виде), в том числе их устойчивость к деформации во время охлаждения и то, насколько хорошо они заполняют мелкие детали формы. В зависимости от функции детали, косметический вид также может быть важен. Стоимость материалов – еще один вопрос. Могут быть и другие особые соображения, такие как потребность в рейтингах FDA или UL.

Снижение затрат и сроков

Конечно, общие расходы и бюджеты, наряду со сроками и сроками, также являются ключевыми соображениями. И в некоторых случаях может показаться, что стоимость является главным фактором, влияющим на разработку детали или продукта. Тем не менее, используя более доступные методы производства, такие как литье, затраты можно сократить.

В связи с этим приближающийся крайний срок также может ощущаться как главный фактор влияния. Однако благодаря цифровым методам производства, которые могут ускорить разработку продукта, можно значительно сократить время создания прототипов и производства деталей и продуктов.

Гас Брейланд — старший технический инженер Protolabs в Миннесоте.

Эрик Атли (Eric Utley) — инженер-программист в Protolabs в Северной Каролине.