Hoe 3D-printen echt een aanvulling vormt op spuitgieten

Als iemand die mijn carrière diep in de wereld van de productie heeft doorgebracht, heb ik het gesprek3D-printeneninjectievorming van kunststofJarenlang werden de twee tegen elkaar geplaatst: "Het Nieuwe tegenover het Oude", "Flexibiliteit tegenover Volume", "De Disruptor tegenover de Koning".

Dit is een fundamenteel gebrekkige kijk op de markt.

3D-printen (additieve vervaardiging)is geen vervanging voorinjectievorming van kunststofHet is de krachtigste complementaire technologie die in mijn leven is ontstaan. 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.Het biedt ongelooflijke snelheidHet is een zeer belangrijk onderdeel van de productie van additieven, met name in de industriële sector.is de kampioen van de snelheid tot het eerste deel, complexiteit en lage volume economie, zonder gereedschapskosten om af te winnen.

De echte magie gebeurt wanneer je stopt met vergelijken en ze begint te integreren.3D-printtechnologie binnena.plastic spuitgietenHet is de manier waarop moderne fabrikanten winnen.Ik heb bedrijven zien de ontwikkelingskosten verlagen, in recordtijd op de markt komen en efficiëntere, geautomatiseerde productielijnen bouwen.

Deze post is mijn diepe duik in die krachtige synergie. Ik ga voorbij de eenvoudige lijn "gebruik 3D-printen voor prototypes". Ik ga je de vier geavanceerde tonen,Deze twee technologieën werken als een team..

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

Dit is de meest directe en revolutionaire manier waarop 3D-printen injectievorming ondersteunt.In plaats van weken en tienduizenden dollars te besteden aan CNC-machine een complexe stalen of aluminium mal alleen voor het testenIk kan binnen een paar uur een vorm in 3D printen voor een fractie van de kosten.

Dit noemen we in de industriesnelle werktuigen.

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

Ik kan dan productiegraad plastic – zoals ABS, PP of Nylon – in deze afgedrukte mal schieten om echte, functionele onderdelen te maken.

Waarom dit zo krachtig is

De voordelen die ik zelf heb gezien zijn verbluffend:

• Grote kostenreductie:Een 3D-geprinte mal kan 100 tot 1 dollar kosten.000Een eenvoudige bewerkte aluminium mal begint bij $2,000.000In een gevalstudie bespaarde een bedrijf 97% op gereedschapskosten voor een run van 6.000 onderdelen door een 3D-geprinte mal te gebruiken.

• Ongelofelijke snelheid:Ik kan's ochtends een vorm ontwerpen,'s middags 3D printen en's avonds onderdelen injecteren. Vergelijk dit met de 4-8 weken voor een traditionele vorm.Dit stort productontwikkeling tijdlijnen van maanden naar dagen.

• Echte ontwerpvalidatie:Dit is het meest kritieke punt. Prototypes zijn één ding, maar ze vertellen je niet over deproductieprocesEen 3D-geprinte mal laat me toe om mijnvormontwerpIk kan testen op:

  • Stroom:Hoe vult het gesmolten plastic de holte?

  • Vervorming:Koelt het onderdeel af en warpt het op onverwachte wijze?

  • Locatie van de poort:Is mijn poort op de juiste plek, of laat het een vlek achter of veroorzaakt het stroomproblemen?

  • Speldmerken van de sproeier:Zijn deEjector pinde juiste plaatsen voor het schoon afvormen van het onderdeel?

Het vinden van een fout in een 3D-model is makkelijk. Het vinden van een fout in een $ 50.000 stalen mal is een ramp. Rapid tooling stelt me in staat om snel en goedkoop te falen, itereren op devormontwerp zelfTwee of drie keer in een week tot het perfect is, en dan moet ik duur staal snijden.

Case study in actie: de AMRC en de warping

Een perfect voorbeeld uit de echte wereld komt van het Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC) van de Universiteit van Sheffield.Hun eerste poging met een op hars gebaseerde printer resulteerde in een aanzienlijke vervorming na het hardproces, waardoor de mal nutteloos wordt.

In plaats van op te geven, herhaalden ze.3D-printtechnologie(Selectief lasersinteren, ofSLSDe nieuwe vorm werd gevormd door een nieuwe vorm (Nylon 11), die steviger en minder breekbaar was.nog steedsHet heeft een aantal vlakteproblemen, maar de superieure mechanische eigenschappen hebben het in staat gesteld om de klemkrachten van despuitgietprocesHet resultaat was dat ze met succes een gevormd onderdeel produceerden.

Dit is de kracht van snelle werktuigen in een notendop: ze ontdekten en losten meerdere complexe technische problemen op (materiaalkeuze, vervorming,De Commissie heeft de Commissie verzocht om een verslag uit te brengen over de resultaten van de onderzoeksprocedure.traditionele productie.

Kies de juiste 3D-printtechnologie voor vormen

Niet alle 3D-printers zijn gelijk geschikt voor deze taak. De keuze is afhankelijk van de benodigde onderdelen, de levensduur van de vorm en de temperatuur van het geïnjecteerde plastic.

2- Het vullen van de kloof: bruggereedschap en productie in kleine hoeveelheden

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

Stel je dit scenario voor: je productontwerp is afgerond, je hebt snel gereedschap gebruikt om de mal te perfectioneren, nu heb je je $80.000 geharde stalen productie mal besteld, maar de doorlooptijd is 12 weken.Heb je dat?- Wat is er?

A) Drie maanden wachten zonder product, zodat concurrenten in kunnen halen?

B) Je product lanceren en nu verkopen?

Het antwoord is B. En ik doe het met bruggereedschap.

Een "brug" tool is een robuuste 3D-geprinte mal (of een snel bewerkte aluminium mal) ontworpen om de eersteechtHet "brugt" de kloof tussen prototyping en massaproductie.

Dit is niet voor 10-50 onderdelen.000Een kwalitatief hoogwaardige MJF of SLA-vorm kan absoluut deze hoeveelheden aan.

De strategische waarde van de brug

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

• Ga eerst naar de markt.Ik kan mijn product op de winkelplanken hebben of naar klanten verzenden terwijl mijn concurrenten nog wachten op hun gereedschap.

• Genereer vroegtijdige inkomsten:Ik kan geld uit mijn product genereren.VandaagDie inkomsten kunnen bijdragen aan de kosten van de dure massaproductie van gereedschappen die nog steeds worden geproduceerd.

• Echte marktonderzoek:Dit is een briljante, risiceloze manier om een product te testen.Ik kan een partij van 5 draaien.Dit stelt me in staat om de werkelijke marktvraag te meten voordat ik enorme kapitaaluitgaven doe.

• Activeren van productversie:Met bridge tools kan ik werken als een software bedrijf. Ik kan "Widget v1.0" lanceren met een bridge tool. Terwijl dat verkoopt, kan ik feedback van klanten verzamelen, een paar ontwerp tweaks maken en eennieuwDeze flexibele, iteratieve benadering van hardware is onmogelijk mettraditionele productie.

Een gevalstudie van Interroll, een bedrijf dat een plastic behuizing nodig had, toonde dit perfect aan.allebeiMet 3D-printen en spuitgieten kunnen ze hun aanbod stabiel houden, kosten beheersen en flexibel blijven, door het juiste proces te gebruiken voor de vraag op elk moment.

3De onbekende held: 3D-geprinte gereedschappen en armaturen

Dit is een van de meest praktische toepassingen met een hoge ROI van 3D-printen in een gietwerkplaats, maar toch krijgt het de minste aandacht.

De...spuitgietprocesHet onderdeel moet vaak worden afgekoeld, gecontroleerd, geassembleerd of secundaire bewerkingen worden uitgevoerd.We gebruiken jigs en armaturen..

• - Ik heb geen idee.Een gereedschap begeleiden (bijv. een boorgids, een trimgids).

• Bevestigingen:Houd een onderdeel op een specifieke, herhaalbare locatie (bijv. een koelinstallatie, een montage-nest, een QC-inspectieinstallatie).

Traditioneel werden deze gereedschappen nauwgezet bewerk van aluminium of acetal (Delrin).hen wegtrekken van werk van hoge waarde (zoals het maken van vormen).

Vandaag druk ik ze allemaal in 3D.

Waarom ik elke opname en bevestiging 3D druk

Als ik op een moderne winkelvloer loop, is de impact duidelijk.

• Snelheid en kosten:Een werktuigbouwer kan een hele dag en 200 dollar aan materialen besteden aan een complexe montage, ik kan dezelfde montage in een nacht afdrukken voor ongeveer 30 dollar aan materiaal.een productiebedrijf, bespaart 80% op de installatietijd van de machine door gebruik te maken van 3D-geprinte werkhoudende apparaten.

• Ergonomie en gewicht:Een bewerkte aluminium armaturen zijn zwaar. Tijdens een acht uur durende dienst, zal een operator die armaturen honderden keren opheft vermoeidheid ervaren. Ik kan dezelfde armaturen 3D printen met een materiaal alsCNC-bewerking-ABS of koolstofvezel gevuld nylon, waardoor het 70-90% lichter is.

• Volmaakte conformiteit:Eengevormd onderdeelHet is zelden een perfect blok. Het heeft complexe bochten, ondersnijdingen en ribben. Het is moeilijk om een armature te bewerken die deze complexe vorm perfect past. Met 3D-printen is het triviaal.Ik neem alleen het originele deel.3D-model, trek het af van een blok in mijn CAD-software, en ik heb een perfect, aangepast nest.

• On-the-Fly Iteratie:Een ingenieur van de fabriek van Audi merkte op dat 3D-printen hen in staat stelt om snel gereedschap te maken en te reageren op specifieke verzoeken van collega's op de assemblagelijn."Dit apparaat zou beter zijn als dit handvat anders was"Ik kan die verandering op de computer maken en de volgende ochtend een nieuw, verbeterd gereedschap in hun handen hebben.echt waareen efficiënte en gelukkige productielijn.

Bedrijven als Polaris en Medtronic hebben gemeld enorme besparingen en efficiëntiewinsten door de implementatie van deze strategie.snelheid, en de productiviteit is enorm.

4De automatiseringsactivator: 3D-geprinte end-of-arm tools (EOAT)

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

In een moderne, geautomatiseerdeinjectieplastiekEen robotarm schommelt in, pakt het deel (of de delen) uit de mal en verplaatst ze naar het volgende station (zoals een trimstation, QC-camera of transportband).De "hand" van die robot heet deEindgereedschap (EOAT).

Deze EOAT is een speciaal ontwerp.

• met een vermogen van niet meer dan 50 W

• met een breedte van niet meer dan 15 mm

• Sensoren voor het detecteren van het onderdeel

• Knippers om de loper te snijden

Zoals jigs, werden deze traditioneel op maat gemaakt van aluminium. Dit creëerde een enorme knelpunt. Elke keer dat een productontwerp veranderde, of een nieuw project begon, moest je weken wachten op een nieuwe,dure EOAT te bewerken.

Hoe 3D-printen een revolutie veroorzaakt in de automatisering van de gietvorming

3D-printen breekt deze knelpunt en opent nieuwe ontwerpmogelijkheden.

• Lichte gewicht is de sleutel.Een robotarm heeft een maximale nuttige lading.deelDoor de EOAT uit lichte polymeren te printen, kan ik het gewicht aanzienlijk verminderen.die rechtstreeks decyclustijdvan de geheleproductieprocesZelfs een halve seconde aftrekken van een cyclustijd van 15 seconden levert duizenden dollars winst op.

• Consolidatie en complexe geometrieën:Een traditionele EOAT heeft het hoofdgebouw, plus aparte beugels, buizen en slangen voor alle vacuümbekers en pneumatische grijpers.met 3D-printen (vooral SLS of MJF)Ik kan al die luchtkanalen ontwerpen.rechtstreeks in het lichaamWat ooit 20 afzonderlijke onderdelen waren, wordt één enkel, 3D-geprinte component. Dit is lichter, heeft minder storingpunten en is ongelooflijk snel te assembleren.

• Aanpassingsgrippers:Net als bij armaturen, kan ik grijpers ontwerpen die perfect zijn gevormd naar de complexe vorm van mijn onderdeel.die van cruciaal belang is voor heldere optische onderdelen of hoog cosmetische oppervlakken die niet kunnen worden gekrast.

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

Eindbeslissing: Stop met vergelijken, begin met integreren

Het debat overplastic spuitgieten versus 3D-printenDe beroepsgemeenschap kent het antwoord: je hebt beide nodig.

Ze zijn verschillende gereedschappen voor verschillende werkzaamheden, 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)het creëren van de eerste concept prototypes voor de vorm- en pasvormcontroles.

2. Ik gebruik3D-printen (SLA/MJF)om te creërenSnelle werktuigen(een gedrukte mal) om mijn malontwerp te valideren enproductieprocesmet 100 tot 500 onderdelen in delaatsteproductie van plastic.

3. Ik gebruik deze mal alsBruggereedschapom de eerste 5000 eenheden te laten draaien, mijn product op de markt te brengen en inkomsten te genereren 10 weken eerder dan gepland.

4. Terwijl dit gebeurt, gebruik ik3D-printen (SLS/FDM)om alle custom te makenmet een gewicht van niet meer dan 50 kgIk heb het nodig voor mijn geautomatiseerde assemblage en QC lijn.

5. Als mijn geharde staal productie vorm arriveert, is hetAlweer.Mijn automatiseringslijn isAlweer.Ik kan het inpluggen en opschalen naar miljoenen onderdelen zonder uitval.

Dit is de nieuwe workflow.3D-printenniet concurreren metinjectievorming van kunststof; het maakt het sneller, goedkoper, minder risicovol en efficiënter dan ooit tevoren.