Als iemand die mijn carrière diep in de productiewereld heeft doorgebracht, heb ik de gesprekken gevolgd3D printenEnkunststof spuitgietenontwikkelen. Jarenlang stonden de twee tegenover elkaar: 'The New vs. The Old', 'Flexibility vs. Volume', 'The Disruptor vs. The King'.

Dit is een fundamenteel gebrekkige manier om naar de markt te kijken.

3D-printen (additive manufacturing)is geen vervanging voorkunststof spuitgieten. Het is de krachtigste complementaire technologie die tijdens mijn leven tot stand is gekomen. Het vervangt de koning niet; het maakt de koning sneller, slimmer en wendbaarder.

Voor mijn klanten en in mijn eigen projecten zie ik ze niet langer als een ‘of/of’-keuze. Ik zie ze als een ‘wanneer en hoe’-partnerschap. Spuitgieten is de onbetwiste kampioen van massaproductie en biedt ongelooflijke snelheid, herhaalbaarheid en de laagst mogelijke kosten per onderdeel op schaal. De hoge opstartkosten en lange doorlooptijden zijn de bekende toegangsbarrière. Additieve productie is daarentegen de kampioen van de snelheid tot het eerste deel, de complexiteit en de economie van lage volumes, zonder dat er gereedschapskosten hoeven te worden afgeschreven.

De echte magie ontstaat als je stopt met het vergelijken ervan en begint met het integreren ervan. Gebruiken3D-printtechnologie binneninAkunststof spuitgietprocesis hoe moderne fabrikanten winnen. Zo heb ik bedrijven de ontwikkelingskosten zien terugdringen, in recordtijd op de markt zien komen en efficiëntere, geautomatiseerde productielijnen zien bouwen.

Dit bericht is mijn diepe duik in die krachtige synergie. Ik ga voorbij de simpele regel "gebruik 3D-printen voor prototypes". Ik ga je de vier geavanceerde, impactvolle manieren laten zien waarop deze twee technologieën als team werken.

1. De game-changer: Rapid Tooling (3D-geprinte mallen)

Dit is de meest directe en revolutionaire manier waarop 3D-printen spuitgieten ondersteunt. In plaats van weken en tienduizenden dollars te spenderen aan het CNC-bewerken van een complexe stalen of aluminium mal, alleen maar om te testen, kan ik binnen enkele uren een malinzetstuk in eigen beheer 3D-printen, voor een fractie van de kosten.

Dit is wat wij in de branche noemensnelle tooling.

Een 3D-geprinte mal is doorgaans een malinzetstuk of een volledige mal (kern en holte) die in een universele aluminium malbasis wordt geplaatst. Dit bedrukte gereedschap wordt vervolgens rechtstreeks in een standaard spuitgietmachine geplaatst.

Vervolgens kan ik plastic van productiekwaliteit, zoals ABS, PP of nylon, in deze gedrukte mal schieten om echte, functionele onderdelen te creëren.

Waarom dit zo krachtig is

De voordelen die ik uit de eerste hand heb gezien zijn verbluffend:

• Enorme kostenreductie:Een 3D-geprinte mal kan €100 tot €1.000 kosten. Een eenvoudige machinaal bewerkte aluminium mal begint bij $ 2.000, en een complexe stalen productiematrijs kan gemakkelijk $ 100.000+ bedragen. In één casestudy bespaarde een bedrijf 97% op de gereedschapskosten voor een oplage van 6.000 onderdelen door een 3D-geprinte mal te gebruiken.

• Ongelooflijke snelheid:Ik kan 's ochtends een mal ontwerpen, 's middags 3D-printen en 's avonds de onderdelen injecteren. Vergelijk dit met de 4-8 weken levertijd voor een traditionele matrijs. Hierdoor worden de productontwikkelingstijdlijnen ingekort van maanden naar dagen.

• Echte ontwerpvalidatie:Dit is het meest kritische punt. Prototypes zijn één ding, maar ze vertellen je niets over deproductieproces. Met een 3D-geprinte mal kan ik mijn ontwerp validerenvormgeven ontwerp. Ik kan testen op:

  • Stroom:Hoe vult het gesmolten plastic de holte?

  • kromtrekken:Koelt het onderdeel af en vervormt het op onverwachte manieren?

  • Poortlocatie:Staat mijn poort op de juiste plek, laat hij een smet achter of veroorzaakt hij doorstromingsproblemen?

  • Uitwerppinmarkeringen:Zijn deuitwerppenlocaties correct voor het netjes uit de vorm halen van het onderdeel?

Het vinden van een fout in een 3D-model is eenvoudig. Het vinden van een fout in een stalen mal van $ 50.000 is een ramp. Met snelle tools kan ik snel en goedkoop falen, voortbouwend op dematrijsontwerp zelf2-3 keer in één week totdat het perfect is. Alleen dan verplicht ik mij tot het snijden van duur staal.

Casestudy in actie: het AMRC en Warping

Een perfect voorbeeld uit de praktijk komt van het Advanced Manufacturing Research Center (AMRC) van de Universiteit van Sheffield. Ze namen een project aan om een ​​polymeervormgereedschap in 3D te printen. Hun eerste poging met een op hars gebaseerde printer resulteerde in aanzienlijk kromtrekken na het uithardingsproces, waardoor de mal onbruikbaar werd.

In plaats van op te geven, herhaalden ze. Ze draaiden om naar een andere3D-printtechnologie(Selectief lasersinteren, ofSLS) en een ander materiaal (Nylon 11), dat taaier en minder bros was. Terwijl deze nieuwe malnog steedsvertoonde enkele vlakheidsproblemen, dankzij de superieure mechanische eigenschappen was het bestand tegen de klemkrachten van despuitgietproces. Het resultaat? Ze produceerden met succes een vormdeel.

Dit is in een notendop de kracht van rapid tooling: ze ontdekten en losten meerdere complexe technische problemen op (materiaalkeuze, kromtrekken, onderdeelgeometrie) in een fractie van de tijd en kosten die het zou hebben gekosttraditionele productie.

De juiste 3D-printtechnologie voor mallen kiezen

Niet alle 3D-printers zijn voor deze taak gelijk gemaakt. De keuze hangt af van het vereiste onderdeeldetail, de levensduur van de mal en de temperatuur van het geïnjecteerde plastic.

2. Het gat opvullen: bruggereedschappen en productie in kleine volumes

De tweede manier waarop ik deze technologieën samen gebruik, is voor wat genoemd wordt"bruggereedschap"of"brugproductie."

Stel u dit scenario eens voor: uw productontwerp is voltooid. Je hebt snel gereedschap gebruikt om de mal te perfectioneren. Nu hebt u uw productiematrijs van gehard staal ter waarde van $ 80.000 besteld, maar de doorlooptijd is 12 weken. Zul jij...

A) Drie maanden wachten zonder product, zodat concurrenten hun achterstand kunnen inhalen?

B) Lanceer uw product en begin nu met verkopen?

Het antwoord is B. En de manier waarop ik het doe is met bruggereedschap.

Een ‘brug’-gereedschap is een robuustere 3D-geprinte mal (of een snel bewerkte aluminium mal) die is ontworpen om de eersteechtproductie onderdelen. Het "overbrugt" de kloof tussen prototyping en massaproductie.

Dit is niet voor 10-50 onderdelen. Dit is voor de productie van 500, 1.000 of zelfs meer dan 5.000 onderdelen in het uiteindelijke materiaal voor eindgebruik. Een hoogwaardige MJF- of SLA-matrijs kan deze hoeveelheden absoluut aan.

De strategische waarde van de brug

Deze strategie gaat over meer dan alleen snelheid; het is een fundamenteel zakelijk voordeel.

• Ga als eerste naar de markt:Ik kan mijn product in de winkelrekken hebben of naar klanten verzenden, terwijl mijn concurrentie nog wacht op de productie van hun gereedschap. In veel sectoren is dat ‘first mover’-voordeel alles.

• Genereer vroege inkomsten:Ik kan beginnen met het genereren van cashflow uit mijn productVandaag. Die inkomsten kunnen helpen bij het betalen van de dure massaproductiegereedschappen die nog steeds worden vervaardigd.

• Markttesten in de echte wereld:Dit is een briljante manier met weinig risico om een ​​product te testen. Wat moet ik doen als mijn initiële verkoopvoorspelling van 500.000 eenheden verkeerd is? In plaats van op een matrijs van $ 80.000 en 100.000 voorraadeenheden te zitten, kan ik een batch van 5.000 onderdelen uitvoeren met een bruggereedschap. Hierdoor kan ik de echte marktvraag peilen voordat ik enorme kapitaaluitgaven doe.

• Productversiebeheer inschakelen:Met Bridge-tooling kan ik werken als een softwarebedrijf. Ik kan "Widget v1.0" starten met een bridge-tool. Terwijl dat verkoopt, kan ik feedback van klanten verzamelen, een paar ontwerpaanpassingen maken en eennieuwbridge-tool voor "Widget v1.1", slechts een paar weken later. Deze flexibele, iteratieve benadering van hardware is onmogelijk mettraditionele productie.

Een casestudy van Interroll, een bedrijf dat een kunststof behuizingscomponent nodig had, bracht dit perfect naar voren. Hun productievolumes varieerden enorm. Door te gebruikenbeideDoor 3D-printen en spuitgieten konden ze hun aanbod stabiel houden, de kosten beheersen en flexibel blijven, door op elk moment het juiste proces voor de vraag te gebruiken.

3. De onbezongen held: 3D-geprinte mallen en armaturen

Dit is een van de meest praktische toepassingen van 3D-printen met een hoog rendement in een gieterij, maar krijgt toch de minste aandacht.

Despuitgietprocesstopt niet alleen wanneer het onderdeel wordt uitgeworpen. Vaak moet het onderdeel worden gekoeld, gecontroleerd, geassembleerd of moeten er nabewerkingen aan worden uitgevoerd. Om dit consistent en snel te doen, maken wij gebruik van mallen en armaturen.

• Mallen:Geleid een gereedschap (bijvoorbeeld een boorgeleider, een trimgeleider).

• Armaturen:Houd een onderdeel op een specifieke, herhaalbare locatie (bijvoorbeeld een koelarmatuur, een montagenest, een QC-inspectiearmatuur).

Traditioneel werden deze gereedschappen nauwgezet vervaardigd uit aluminium of acetaal (Delrin). Dit was langzaam en duur en vereiste een bekwame machinist, waardoor ze zich moesten onttrekken aan hoogwaardig werk (zoals het maken van mallen).

Vandaag print ik ze in 3D. Allemaal.

Waarom ik elke mal en armatuur in 3D print

Als ik een moderne werkvloer betreed, is de impact duidelijk.

• Snelheid en kosten:Een machinist kan een volledige dag en $ 200 aan materialen besteden om een ​​complexe montagebevestiging te maken. Ik kan hetzelfde armatuur 's nachts afdrukken voor ongeveer $ 30 aan materiaal. De ROI is waanzinnig. John Crane, een productiebedrijf, bespaarde 80% op de insteltijd van de machine door gebruik te maken van 3D-geprinte apparaten voor het vasthouden van werkstukken.

• Ergonomie & Gewicht:Bewerkte aluminium armaturen zijn zwaar. Tijdens een dienst van acht uur zal een operator die de armatuur honderden keren optilt, vermoeidheid ervaren. Ik kan hetzelfde armatuur 3D-printen met een materiaal zoalsCNC-bewerking-kwaliteit ABS of met koolstofvezel gevuld nylon, waardoor het 70-90% lichter is. Dit verbetert de ergonomie van de machinist en vermindert vermoeidheid.

• Perfecte conformiteit:Agegoten onderdeelis zelden een perfect blok. Het heeft complexe rondingen, ondersnijdingen en ribben. Het bewerken van een armatuur die deze complexe vorm perfect ondersteunt, is moeilijk. Met 3D-printen is dat triviaal. Ik neem gewoon het originele onderdeel3D-model, trek het af van een blok in mijn CAD-software, en ik heb een perfect, op maat gemaakt nest.

• On-the-fly iteratie:Een ingenieur in de Audi-fabriek merkte op dat ze dankzij 3D-printen snel gereedschappen kunnen maken en kunnen reageren op specifieke verzoeken van collega's aan de assemblagelijn. Als een operator zegt: "Dit armatuur zou beter zijn als deze handgreep een andere hoek had", kan ik die wijziging op de computer doorvoeren en heb ik de volgende ochtend een nieuw, verbeterd gereedschap in handen. Zo bouw je eenechtefficiënte en gelukkige productielijn.

Bedrijven als Polaris en Medtronic hebben enorme besparingen en efficiëntiewinsten gerapporteerd door de implementatie van deze strategie. Het is niet zo "sexy" als het printen van een mal, maar de dagelijkse impact op de kosten, snelheid en productiviteit is enorm.

4. De automatiseringsfactor: 3D-geprinte End-of-Arm Tooling (EOAT)

Het vierde gebied is een uitbreiding van mallen en armaturen, maar dan voor robots.

In een moderne, geautomatiseerdekunststof injectievormcel zwaait een robotarm naar binnen, pakt het onderdeel (of de onderdelen) uit de mal en verplaatst ze naar het volgende station (zoals een snijstation, QC-camera of transportband). De "hand" van die robot wordt deEnd-of-arm-gereedschap (EOAT).

Deze EOAT is een stukje techniek op maat. Het kan het volgende omvatten:

• Grijpers (pneumatisch of mechanisch)

• Vacuüm kopjes

• Sensoren om het onderdeel te detecteren

• Kniptangbladen om de loper door te snijden

Net als mallen werden deze traditioneel op maat vervaardigd uit aluminium. Hierdoor ontstond een enorm knelpunt. Telkens wanneer een productontwerp veranderde of een nieuw project startte, moest je weken wachten voordat een nieuwe, dure EOAT machinaal werd vervaardigd.

Hoe 3D-printen de matrijsautomatisering radicaal verandert

3D-printen doorbreekt dit knelpunt en ontsluit nieuwe ontwerpmogelijkheden.

• Lichtgewicht is de sleutel:Een robotarm heeft een maximaal laadvermogen. Hoe zwaarder de EOAT, hoe minder "laadvermogen" er overblijft voor dedeelhet beweegt, en hoe langzamer de robot moet bewegen om de traagheid te beheersen. Door de EOAT te 3D-printen uit lichtgewicht polymeren, kan ik het gewicht aanzienlijk verminderen. Hierdoor kan de robot sneller bewegen, wat de belasting direct vermindertcyclus tijdvan het geheelproductieproces. Zelfs een halve seconde minder dan een cyclustijd van 15 seconden levert duizenden dollars aan winst op bij een run van een miljoen onderdelen.

• Consolidatie en complexe geometrieën:Dit is waar het echt elegant wordt. Een traditionele EOAT heeft het hoofdgedeelte, plus afzonderlijke beugels, buizen en slangen voor alle vacuümcups en pneumatische grijpers. Met 3D-printen (vooral SLS of MJF) kan ik al die luchtkanalen ontwerpenrechtstreeks in het lichaamvan de EOAT. Wat ooit 20 afzonderlijke onderdelen waren, wordt 1 enkel, 3D-geprint onderdeel. Deze is lichter, heeft minder faalpunten en is ontzettend snel te monteren.

• Aangepaste, conforme grijpers:Net als bij armaturen kan ik grijpers ontwerpen die perfect zijn afgestemd op de complexe vorm van mijn onderdeel. Dit zorgt voor een veiligere, delicatere grip, wat van cruciaal belang is voor heldere optische onderdelen of hoog-cosmetische oppervlakken die niet kunnen worden bekrast.

• Rapid Prototyping voor automatisering:Bij het ontwerpen van een nieuwe geautomatiseerde cel kan ik op één dag drie verschillende EOAT-ontwerpen 3D-printen en testen op de robot. Ik kan snel ontdekken welke de meest betrouwbare grip en snelste cyclustijd biedt. Dit vermindert het risico van het automatiseringsproces en is onmogelijktraditionele productie.

Eindoordeel: stop met vergelijken, begin met integreren

Het debat vankunststof spuitgieten versus 3D-printenis voorbij. De professionele gemeenschap kent het antwoord: je hebt beide nodig.

Door ze als concurrenten te beschouwen, is hetzelfde als discussiëren of je een moersleutel of een schroevendraaier moet hebben. Het zijn verschillende gereedschappen voor verschillende klussen, en elke serieuze bouwer heeft beide in zijn gereedschapskist nodig.

Mijn workflow is een perfect voorbeeld van deze nieuwe, geïntegreerde realiteit:

1. Ik gebruik3D-printen (FDM/SLA)om de eerste conceptprototypes te creëren voor vorm- en pasvormcontroles.

2. Ik gebruik3D-printen (SLA/MJF)creërenSnelle tooling(een gedrukte mal) om mijn malontwerp te valideren enproductieprocesmet 100-500 onderdelen in dedefinitiefproductie kunststof.

3. Ik gebruik deze mal alsBrug gereedschapom de eerste 5.000 eenheden te laten draaien, mijn product op de markt te brengen en 10 weken eerder dan gepland inkomsten te genereren.

4. Terwijl dit gebeurt, gebruik ik3D-printen (SLS/FDM)om al het maatwerk te creërenmallen, armaturen en EOATIk heb dit nodig voor mijn geautomatiseerde assemblage- en QC-lijn.

5. Als mijn productiematrijs van gehard staal arriveert, is dat zoaleen beproefd ontwerp. Mijn automatiseringslijn isalgebouwd en gederiskeerd. Ik kan het 'aansluiten' en opschalen naar miljoenen onderdelen zonder enige downtime.

Dit is de nieuwe werkstroom.3D printenconcurreert niet metkunststof spuitgieten; het maakt het sneller, goedkoper, minder risicovol en efficiënter dan ooit tevoren.