Ускоренное литье прототипов:Eagle Alloy обеспечивает быстрое и качественное изготовление деталей небольшими партиями

Когда время и гибкость являются главными приоритетами, быстрое прототипирование отливок предлагает производителям быстрый путь к производству сложных литых деталей в небольших количествах. В Eagle Group этот передовой подход поддерживает как разработку прототипов, так и мелкосерийное производство, помогая клиентам совершенствовать конструкции, проверять производительность и быстро переходить от концепции к производству без длительных затрат времени, связанных с постоянным оснащением.

В этой статье рассказывается, как функционирует рабочий процесс быстрого прототипирования в Eagle Group — от цифрового моделирования до печати и окончательного литья — и как интеграция 3D-печатных песчаных форм в наш процесс пневматической установки дает клиентам быстрый и адаптируемый путь для мелкосерийного производства, итеративного проектирования и восстановления устаревших деталей.

Быстрое прототипирование отливок — это использование передовых методов для быстрого создания функциональных физических прототипов — или моделей, форм или стержней, используемых для их изготовления — без традиционных постоянных инструментов. Как следует из названия, основное различие между быстрым прототипированием и традиционным прототипированием — это скорость:быстрое прототипирование дает результаты быстрее. 

"Мы сможем предоставить образцы с использованием форм, напечатанных на 3D-принтере, через шесть-семь недель, тогда как образцы производственного инструмента могут быть 14, в зависимости от клиента и его потребностей", - говорит Джефф Кук из Eagle Alloy, сравнивая скорость быстрого прототипирования с традиционными рабочими процессами литья.

Вверху:моделирование литья с помощью программного обеспечения MAGMA

Хотя скорость является определяющим преимуществом, быстрое прототипирование — это не отдельный процесс, а целый ряд производственных подходов, каждый из которых подходит для разных стадий разработки и типов деталей. В производстве металлов методы быстрого прототипирования можно разделить на три категории:аддитивные, субтрактивные и формирующие.

Аддитивное производство, включающее 3D-печать, является одной из основных технологий, позволяющих быстро создавать прототипы. Поскольку он позволяет быстро создавать функциональные прототипы, он полезен в проектах, где ожидается изменение конструкции и важна гибкость. Этот сокращенный цикл разработки делает аддитивное производство ценной технологией для проектов прототипирования и мелкосерийного литья.

Однако само по себе аддитивное производство зачастую неспособно изготовить функциональные металлические детали в соответствии со спецификациями. Чтобы производить отливки со свойствами, аналогичными тем, которые производятся методом оболочкового формования, пневматического литья или литья по выплавляемым моделям, такие литейные предприятия, как наше, работают вместе со специалистами по аддитивному производству.

Eagle Alloy, литейный завод Eagle Group по производству оболочечных форм и пневматических систем, часто использует песчаные формы с 3D-печатью для быстрого прототипирования отливок. Мы тесно сотрудничаем с надежными партнерами по добавкам, такими как Humtown Additive, чтобы беспрепятственно внедрять 3D-печатные песчаные формы и стержни в наши литейные операции. Начиная с цифровой модели детали, специализированные принтеры создают песчаные формы и стержни, наращивая их слой за слоем. После печати каждая форма очищается, отверждается, а затем доставляется в Eagle Alloy для заливки и окончательной обработки.

Этот подход без использования инструментов хорошо подходит для работ, требующих быстрых итераций или требующих лишь небольшого количества деталей. Это также позволяет реализовать внутренние функции и сложные конструкции, которые трудно, а иногда и невозможно, реализовать с помощью традиционных методов изготовления стержней.

Когда быстрое прототипирование имеет смысл для металлообработки?

Быстрое прототипирование наиболее эффективно, когда скорость, гибкость или сложность конструкции являются ключевыми факторами в проекте литья. Этот процесс идеально подходит для:

• Тестирование новых конструкций и материалов прежде чем переходить к постоянным инструментам.
• Создание функционального прототипа без постоянных инвестиций в инструмент
• Производство небольших партий (менее 100 штук) без длительных сроков поставки.
• Быстрая итерация когда ожидаются изменения в дизайне и необходима гибкость.
• Отливка деталей сложной геометрии , например сетки или перекрывающиеся внутренние каналы.
• Соблюдение циклов разработки которые требуют коротких сроков выполнения.
• Преобразование готовых компонентов в литые когда необходима ранняя проверка перед полноценным производством.
• Замена устаревших или труднодоступных деталей когда оригинальные инструменты недоступны или их воспроизведение слишком затратно.

Допуски на размеры и детали отливки

Отливки в пресс-формах Eagle Alloy, напечатанные на 3D-принтере, достигают допусков, сравнимых с нашим стандартным процессом пневматической обработки. В таблице ниже приведены эти допуски производительности.

Допуски на размеры

Линейный: ±0,045 дюйма на дюйм
Угловой: ±1 градус

Кастинговые характеристики

Поверхность: 200-420 среднеквадратичное значение
Минимальная толщина стенки: 0,250 дюйма (6,35 мм)
Типичный вес детали: 2–400 фунтов
Типичные размеры тиража: 1–100 частей

Обзор процесса быстрого прототипирования

Мы сотрудничаем с надежными производителями добавок для изготовления песчаных форм и стержней непосредственно на основе моделей САПР наших клиентов, а затем интегрируем их в наш рабочий процесс заливки и чистовой обработки для создания стальных отливок полной плотности. Ниже подробно описано, как происходит процесс быстрого прототипирования в Eagle Alloy.

1. Обсуждение целей проекта с заказчиком
   Каждое быстрое создание прототипа начинается с совместного обсуждения, позволяющего понять цели заказчика, требования к деталям и ожидаемую производительность. Независимо от того, приносят ли клиенты концепцию, 2D-чертеж, 3D-модель или существующую деталь, нуждающуюся в обратном проектировании, мы адаптируем процесс так, чтобы удовлетворить их потребности там, где они находятся.
2. Выбор материала
   После определения целей проекта наши инженеры работают с клиентами, чтобы определить наиболее подходящий сплав с учетом прочности, долговечности, условий эксплуатации и стоимости. Выбор материала на этом этапе гарантирует, что все последующие работы по проектированию и моделированию будут соответствовать реальным потребностям.
3. Разработка модели САПР либо непосредственно заказчиком, либо с помощью инженеров Eagle Alloy.
   Клиенты могут предоставить полные 3D-файлы, частичную информацию о размерах или только физический образец.
   • Для 2D-печати или размерных списков наша команда создает полную 3D-модель с помощью программного обеспечения САПР.
   • Если клиент предоставляет существующую деталь вместо проектных спецификаций или чертежей, мы должны провести ее реконструирование. Используя ручные инструменты, портативные лазерные сканеры или КИМ, инженеры Eagle Group получают информацию о размерах, а затем вводят данные в программное обеспечение САПР для создания 3D-модели детали.
4. Проектирование ворот посредством моделирования ворот
   Используя расширенное моделирование затвердевания, мы спроектируем и оптимизируем ворота и стояки. Моделирование позволяет нам предсказать, как металл попадет в полость формы и поведет себя при охлаждении, что позволяет нам учитывать естественную усадку и устранять потенциальные дефекты перед заливкой.
5. 3D-печать песчаных стержней/форм при поддержке партнеров
   После утверждения конструкции литника мы сотрудничаем с проверенными партнерами по аддитивному производству для изготовления прецизионных форм и стержней из песка на связке.
6. Сборка печатных форм и стержней
   Напечатанная на 3D-принтере форма и основные компоненты доставляются на наш литейный завод для сборки. Они сочетаются с традиционными рабочими процессами заливки в Eagle Alloy, чтобы обеспечить правильное выравнивание, вентиляцию и подготовку, чтобы компоненты работали должным образом во время заливки.
7. Отливка традиционными методами заливки
   После сборки формы деталь отливается с использованием стандартных литейных методов Eagle Alloy. Операторы тщательно контролируют температуру, скорость и обработку разливки, чтобы они соответствовали параметрам, установленным во время моделирования, и обеспечивали получение точных стальных отливок без пористости и других дефектов.
8. Внутреннее тестирование и проверка
   Каждый прототип проходит тщательную оценку для подтверждения размерной и металлургической целостности. Наши методы проверки включают в себя:
   • Лазерное сканирование для сравнения размеров физической детали с высоким разрешением в CAD
   • Магнитопорошковое тестирование для обнаружения поверхностных и приповерхностных неоднородностей.
   • Рентгеновский контроль для выявления внутренних дефектов и проверки однородности стен
     

Хотите узнать больше о том, как мы проектируем литые изделия с помощью программного обеспечения для 3D-моделирования и затвердевания? Ознакомьтесь с нашим специальным Проектирование литых изделий запись в блоге.

Вверху:готовые к сборке формы и стержни, напечатанные на 3D-принтере на предприятии Eagle Alloy

Пример быстрого прототипа Eagle Group

Если вам интересно, как этот рабочий процесс выглядит в реальной жизни, отличным примером может служить наш проект быстрого прототипирования PBR.

Eagle Alloy и Eagle CNC воспроизвели ключевой компонент патрульного катера вьетнамской эпохи, используя быстрое прототипирование и современное литейное производство. Не имея чертежа и имея только проржавевшую и сломанную оригинальную деталь, команде пришлось провести ее реверс-инжиниринг, начав с 3D-сканирования для создания точной цифровой модели.

Eagle Alloy спроектировала форму, провела моделирование затвердевания и в партнерстве с Humtown Additive осуществила 3D-печать песчаных форм. Поскольку исходная деталь (сделанная из никель-твердого железа) со временем стала хрупкой, инженеры Eagle Group выбрали нержавеющую сталь для большей прочности и долговечности.

После того, как компания Eagle Alloy отлила новые отливки, детали перевезли в Eagle CNC, где их команда использовала специальные инструменты и тщательные измерения в процессе обработки, чтобы обработать все важные детали и гарантировать, что окончательная сборка подойдет и будет работать так, как запланировано.

Результат? Полностью модернизированный компонент из нержавеющей стали, который вернул к жизни исторически значимый военный корабль.

Полный текст исследования можно прочитать здесь.

Почему растет спрос на быстрое прототипирование

Спрос на быстрое прототипирование растет, поскольку оно устраняет необходимость в постоянных инструментах, предлагает более быстрые итерации с большей гибкостью для изменений конструкции, обеспечивает наличие сложных функций и внутренних каналов, а также сокращает сроки разработки. Этот рабочий процесс с использованием форм и стержней, напечатанных на 3D-принтере, позволяет доставить отливки в руки клиентов за недели, а не за месяцы. Быстрое прототипирование дает клиентам возможность сбалансировать скорость, надежность проектирования и требования проекта, что делает его привлекательным, но только для проектов, соответствующих правильным критериям.

Быстрое прототипирование может быть особенно ценным для одноразовых, уникальных или малопроизводительных компонентов, где его гибкость и более быстрый цикл обработки могут перевесить более высокую стоимость детали. Как резюмирует Кук:«Образцы, изготовленные из форм, напечатанных на 3D-принтере, стоят дороже, но они выполняются быстрее». Однако быстрое прототипирование нерентабельно для крупносерийного производства отливок, и многие литейные заводы испытывают трудности с поиском применения новой технологии.

Вверху:форма, напечатанная на 3D-принтере, перед установкой сердцевины

В то же время, по словам Брэндона Ламончи из Humtown Additive, отрасль все чаще внедряет гибридные рабочие процессы. «В производстве мы все чаще и чаще видим гибридный процесс», — говорит Ламонча. «Литейный завод будет производить модель для создания внешней формы отливки и формы, но очень сложные внутренние детали — от корпуса турбонаддува до головки блока цилиндров и корпусов клапанов для пневматических, гидравлических или пневматических систем — эти сложные геометрические формы сейчас все чаще производятся с использованием 3D-печати и объединения их с традиционной формой, изготовленной по шаблону».

Для большинства проектов, которые выходят за рамки ранней разработки, традиционные методы литья, такие как формование оболочки и литье по выплавляемым моделям, по-прежнему обеспечивают превосходную точность и стабильность при гораздо более низких затратах на детали при больших объемах. Поэтому наиболее эффективным подходом зачастую является не решение «или-или», а тщательная оценка того, как быстрое прототипирование и традиционные методы могут быть применены — индивидуально или вместе — с учетом сроков проекта, сложности конструкции и потребностей в количестве.

Почему опытный литейщик важен для быстрого прототипирования

Сотрудничество с опытным литейным заводом обеспечивает комплексный опыт литья, который упрощает весь путь от проектирования до производства. Клиенты работают напрямую с нами, поскольку мы придерживаемся того же стандарта, что и отливки для быстрого изготовления прототипов, что и отливки для корпусов. Мы обязуемся поставлять литые детали в соответствии со спецификациями, используя наилучшие методы производства для каждого проекта.

Как Eagle Alloy поддерживает ваш проект от начала до реализации

Ламонча, который регулярно сотрудничает с Eagle Alloy в проектах по литью форм с помощью 3D-печати, так подводит итог тому, что может добиться опытная команда по кастингу:"Мы получаем клиентов, у которых есть идея на листе бумаги, и мы можем воплотить ее от эскиза на салфетке, 2D-печати или 3D-модели до отливки. Но время с момента, когда вы начинаете говорить о проекте, до момента, когда вы получаете что-то в свои руки, может пройти несколько недель или месяцев".

"Работая с Eagle, - продолжает Ламонча, - Humtown получает противоположность "Наброскам на салфетках". Humtown получает полные пакеты технических данных со всеми зазорами, усадкой на фут и другими деталями литейного производства, готовыми к печати, что значительно ускоряет процесс и рабочий процесс".

В Eagle Alloy мы не только предоставляем доступ к 3D-печатному формованию для быстрого выполнения работ по литью, но и предлагаем высокий уровень литья и инженерных знаний для каждого проекта. Наши инженеры оценивают, насколько быстрое прототипирование лучше всего соответствует вашим срокам, сложности конструкции и потребностям в количестве, и мы предоставляем ранние рекомендации, чтобы предотвратить проблемы с литьем и избежать дорогостоящих изменений в дизайне. Независимо от того, переходите ли вы от прототипа к производству или переходите от сварного производства к литым компонентам, мы проведем вас через весь процесс и обеспечим плавный переход к полноценному производству.

Запросите цену или свяжитесь с нашей командой чтобы начать разговор.



Создание производственной рабочей силы завтрашнего дня посредством стратегической работы с общественность… Eagle CNC развивает производство в Западном Мичигане с помощью усовершенствованной автоматизации