Wie 3D-Druck das Spritzgießen von Kunststoffen wirklich ergänzt

Als jemand, der seine Karriere tief in der Welt der Fertigung verbracht hat, habe ich das Gespräch3D-DruckundKunststoffspritzgießereiJahrelang standen die beiden gegeneinander: "Das Neue gegen das Alte", "Flexibilität gegen Volumen", "Der Disruptor gegen den König".

Dies ist eine grundsätzlich fehlerhafte Sicht des Marktes.

3D-Druck (Additive Fertigung)ist kein Ersatz fürKunststoffspritzgießereiEs ist die leistungsfähigste ergänzende Technologie, die in meinem Leben entstanden ist. Sie ersetzt den König nicht; sie macht den König schneller, klüger und agiler.

Für meine Kunden und in meinen eigenen Projekten sehe ich sie nicht mehr als "entweder/oder"-Entscheidung, sondern als "wann und wie"-Partnerschaft.Sie bieten unglaubliche Geschwindigkeit.Die hohen Einrichtungskosten und die langen Vorlaufzeiten sind die bekannten Einstiegsbarrieren.ist der Meister von Speed-to-First-Part, Komplexität und geringe Volumenwirtschaft, ohne Werkzeugkosten zu amortieren.

Die wahre Magie geschieht, wenn man aufhört, sie zu vergleichen und sie zu integrieren.3D-Drucktechnik innerhalbEinKunststoffspritzgießverfahrenIch habe gesehen, wie Unternehmen die Entwicklungskosten senken, in Rekordzeit auf den Markt kommen und effizientere, automatisierte Produktionslinien aufbauen.

Dieser Beitrag ist mein tieferer Einbruch in diese starke Synergie. Ich bewege mich über die einfache Linie des "Verwenden von 3D-Druck für Prototypen" hinaus.Diese beiden Technologien arbeiten als Team..

1Die Spiel-Changer: Rapid Tooling (3D-gedruckte Formen)

Dies ist der direkteste und revolutionärste Weg, wie 3D-Druck Spritzgießen unterstützt.Statt Wochen und Zehntausende von Dollar zu verbringen, um eine komplexe Stahl- oder Aluminiumform nur zum Testen zu bearbeiten., kann ich 3D-Drucken ein Formen-Einsatz in Haus in einer Frage von Stunden, für einen Bruchteil der Kosten.

Das nennen wir in der Brancheschnelle Werkzeuge.

Eine 3D-gedruckte Form ist typischerweise ein Forminserver oder eine vollständige Form (Kern und Hohlraum), die in eine universelle Aluminiumformbasis gelegt wird.Dieses Druckwerkzeug wird dann direkt in eine Standardspritzgießmaschine gelegt.

Dann kann ich Produktions-Plastik wie ABS, PP oder Nylon in diese gedruckte Form schießen, um echte, funktionelle Teile zu schaffen.

Warum das so mächtig ist

Die Vorteile, die ich aus erster Hand gesehen habe, sind erstaunlich:

• Massive Kostensenkung:Eine 3D-gedruckte Form kann 100 bis 1 Dollar kosten.000Eine einfache, bearbeitete Aluminiumform kostet 2 Dollar.000In einer Fallstudie sparte ein Unternehmen bei einer Ausführung von 6.000 Teilen 97% an Werkzeugkosten, indem es eine 3D-gedruckte Form verwendete.

• Unglaubliche Geschwindigkeit:Ich kann eine Form am Morgen entwerfen, sie am Nachmittag 3D drucken lassen und Teile am Abend injizieren. Vergleichen Sie das mit der 4-8-wöchigen Vorlaufzeit für eine traditionelle Form.Das verringert die Produktentwicklung von Monaten auf Tage..

• Wahre Designvalidierung:Dies ist der kritischste Punkt. Prototypen sind eine Sache, aber sie sagen Ihnen nicht über dieHerstellungsprozessEine 3D-gedruckte Form ermöglicht es mir, meineFormenentwurfIch kann auf:

  • Durchfluss:Wie füllt der geschmolzene Kunststoff den Hohlraum?

  • Warping:Kühlt sich das Teil ab und verzerrt sich auf unerwartete Weise?

  • Standort des Tores:Ist mein Tor am richtigen Ort, oder hinterlässt es einen Makel oder verursacht Flussprobleme?

  • Spuren des Ejektors:Sind dieEjektor-Stiftdie richtigen Positionen für die saubere Demoldung des Teils?

Ein Fehler in einem 3D-Modell zu finden ist einfach. Ein Fehler in einer 50.000 $ Stahlform zu finden ist eine Katastrophe. Schnelle Werkzeuge ermöglicht es mir, schnell und billig zu scheitern,Formentwurf selbstNur dann verpflichte ich mich, teuren Stahl zu schneiden.

Fallstudie in Aktion: Die AMRC und Warping

Ein perfektes Beispiel aus der realen Welt stammt aus dem Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC) der Universität von Sheffield, das ein Projekt zur 3D-Druckung eines Polymerformwerkzeugs übernahm.Der erste Versuch mit einem Harz-Drucker führte nach dem Aushärten zu erheblichen Verzerrungen, wodurch die Form nutzlos wird.

Statt aufzugeben, wiederholten sie.3D-Drucktechnik(Selektives Lasersintern oderSLSDiese neue Form wurde in den letzten Jahren durch eine neue Form (Nylon 11) erzeugt, die härter und weniger spröde war.noch immerEr zeigte einige Probleme mit der Flachheit, seine überlegenen mechanischen Eigenschaften ermöglichten es, den Spannkräften desSpritzgießverfahrenDas Ergebnis: Sie produzierten erfolgreich ein geformtes Teil.

Dies ist die Kraft des schnellen Werkzeugbaus in Kürze: Sie entdeckten und lösten mehrere komplexe technische Probleme (Materialwahl, Verformung,Teilgeometrie) in einem Bruchteil der Zeit und Kosten, die es mittraditionelle Herstellung.

Wahl der richtigen 3D-Drucktechnologie für Formen

Nicht alle 3D-Drucker sind gleich für diese Aufgabe geschaffen. Die Wahl hängt von den erforderlichen Einzelheiten des Teils, der Lebensdauer der Form und der Temperatur des injizierten Kunststoffs ab.

2Die Lücke zu schließen: Brückenwerkzeuge und geringe Produktion

Die zweite Art, wie ich diese Technologien zusammen verwende, ist für das, was"Brückenwerkzeuge"oder"Brückenherstellung".

Stellen Sie sich dieses Szenario vor: Ihr Produktdesign ist fertiggestellt. Sie haben schnelle Werkzeuge verwendet, um die Form zu perfektionieren. Jetzt haben Sie Ihre 80.000 Dollar teure gehärteten Stahlproduktionsform bestellt, aber die Vorlaufzeit beträgt 12 Wochen.Haben Sie...Ich...

A) Drei Monate ohne Produkt warten, damit die Konkurrenz aufholen kann?

B) Ihr Produkt auf den Markt bringen und sofort mit dem Verkauf beginnen?

Die Antwort ist B. Und ich mache es mit Bridge-Tools.

Ein "Brücke" Werkzeug ist eine robustere 3D-gedruckte Form (oder eine schnell bearbeitete Aluminiumform), die entwickelt wurde, um die ersteWirklichEs "brückt" die Kluft zwischen Prototyping und Massenproduktion.

Das ist nicht für 10-50 Teile.000Eine hochwertige MJF- oder SLA-Form kann diese Mengen absolut bewältigen.

Der strategische Wert der Brücke

Bei dieser Strategie geht es nicht nur um Geschwindigkeit, sondern auch um einen grundlegenden Geschäftsvorteil.

• Erst auf den Markt:Ich kann mein Produkt auf den Regalen der Läden haben oder an Kunden liefern, während meine Konkurrenz noch darauf wartet, dass ihre Werkzeuge hergestellt werden.

• Frühe Einnahmen generieren:Ich kann Geld aus meinem Produkt generieren.HeuteDiese Einnahmen können dazu beitragen, die teuren Massenproduktionswerkzeuge zu bezahlen, die noch hergestellt werden.

• Marktprüfung in der realen Welt:Was ist, wenn meine ursprüngliche Verkaufsprognose von 500.000 Einheiten falsch ist?Ich kann eine Charge von 5 laufen lassen.Damit kann ich die tatsächliche Marktnachfrage abschätzen, bevor ich massive Investitionen tätige.

• Aktivieren der Produktversion:Bridge-Tooling erlaubt mir, wie eine Softwarefirma zu arbeiten. Ich kann "Widget v1.0" mit einem Bridge-Tool starten. Während das verkauft wird, kann ich Kundenfeedback sammeln, ein paar Design-Tweaks machen und eineneuDiese agile, iterative Herangehensweise an die Hardware ist unmöglich mittraditionelle Herstellung.

Eine Fallstudie von Interroll, einem Unternehmen, das ein Kunststoffgehäuse benötigte, unterstrich dies hervorragend.BeideDurch 3D-Druck und Spritzgießen könnten sie ihre Versorgung stabil halten, Kosten steuern und flexibel bleiben, indem sie den richtigen Prozess für die Nachfrage jederzeit verwenden.

3Der unbekannte Held: 3D-gedruckte Jigs & Fixtures

Dies ist eine der praktischsten Anwendungen des 3D-Drucks mit hohem ROI in einer Formwerkstatt, aber sie bekommt die geringste Aufmerksamkeit.

Die...SpritzgießverfahrenDas Teil muss oft gekühlt, geprüft, zusammengebaut oder sekundäre Operationen durchgeführt werden.Wir benutzen Geräte und Vorrichtungen..

• - Das ist nicht wahr.Führung eines Werkzeugs (z. B. Bohrführer, Trimmführer).

• Einrichtungen:Ein Teil an einem bestimmten, wiederholbaren Ort aufbewahren (z. B. Kühlgerät, Montageanlage, QC-Kontrollgerät).

Diese Werkzeuge wurden traditionell mühsam aus Aluminium oder Acetall (Delrin) bearbeitet, was langsam, teuer und einen erfahrenen Maschinisten erforderte.sie von wertvollen Arbeiten ablenken (z. B. das Herstellen von Formen).

Heute drucke ich sie alle in 3D.

Warum ich jeden Jig und jedes Gerät 3D drucke

Wenn ich in eine moderne Werkstatt gehe, ist die Wirkung offensichtlich.

• Geschwindigkeit und Kosten:Ein Maschinenbauer könnte einen ganzen Tag und 200 Dollar in Materialien verbringen, um eine komplexe Montage zu machen.ein Produktionsunternehmen, die durch den Einsatz von 3D-gedruckten Arbeitshaltgeräten 80% an Maschineneinrichtungszeit eingespart haben.

• Ergonomie und Gewicht:Ich kann die gleiche Vorrichtung mit einem Material wie 3D drucken, und ich kann die gleiche Vorrichtung in 3D drucken, und ich kann die gleiche Vorrichtung in 3D drucken.CNC-BearbeitungDies verbessert die Ergonomie des Bedieners und verringert die Müdigkeit.

• Vollkommene Übereinstimmung:Einegeformtes TeilDie Maschine ist selten ein perfekter Block. Sie hat komplexe Kurven, Unterschnitte und Rippen. Es ist schwierig, eine Befestigung zu bearbeiten, die diese komplexe Form perfekt umfasst. Mit 3D-Druck ist es trivial.Ich nehme nur den Originalteil.3D-Modell, subtrahieren Sie es von einem Block in meiner CAD Software, und ich habe ein perfektes, maßgeschneidertes Nest.

• "Flug-Iteration":Ein Ingenieur in der Fabrik von Audi bemerkte, dass der 3D-Druck ihnen erlaubt, Werkzeuge schnell herzustellen und auf spezifische Anfragen von Kollegen auf der Montagelinie zu reagieren."Dieses Gerät wäre besser, wenn der Griff anders angehoben wäre"Ich kann diese Änderung am Computer vornehmen und ihnen am nächsten Morgen ein neues, verbessertes Werkzeug in den Händen haben.wirklichEine effiziente und glückliche Produktionslinie.

Unternehmen wie Polaris und Medtronic berichten von massiven Einsparungen und Effizienzsteigerungen durch die Umsetzung dieser Strategie.Geschwindigkeit, und die Produktivität ist enorm.

4Die Automatisierung ermöglicht: 3D-gedruckte End-of-Arm-Tooling (EOAT)

Der vierte Bereich ist eine Erweiterung von Bausteinen, aber für Roboter.

In einem modernen, automatisiertenKunststoffspritzeEin Roboterarm schwingt ein, greift das Teil (oder Teile) aus der Form und bewegt sie zur nächsten Station (wie zum Beispiel eine Trimmstation, eine QC-Kamera oder ein Förderband).Die "Hand" dieses Roboters heißtEnd-of-Arm-Werkzeug (EOAT).

Diese EOAT ist ein individuelles Bauteil, das Folgendes umfassen kann:

• mit einer Leistung von mehr als 50 W und mit einer Leistung von mehr als 50 W

• mit einer Breite von nicht mehr als 20 mm

• Sensoren zur Erfassung des Teils

• Brustklingen zum Schneiden des Läufers

Wie die Jigs wurden diese traditionell aus Aluminium hergestellt, was zu einem großen Engpass führte. Jedes Mal, wenn sich ein Produktdesign änderte, oder ein neues Projekt begann, musste man Wochen auf ein neues warten.Teure EOATs, die bearbeitet werden müssen.

Wie der 3D-Druck die Automatisierung der Formtechnik revolutioniert

Der 3D-Druck löst diesen Engpass und eröffnet neue Designmöglichkeiten.

• Leichtgewicht ist der Schlüssel:Der Roboterarm hat eine maximale Nutzlast. Je schwerer der EOAT, desto weniger Nutzlast bleibt für denTeilWenn ich den EOAT aus leichten Polymeren 3D drucke, kann ich sein Gewicht deutlich reduzieren.die direkt dieZykluszeitder gesamtenHerstellungsprozessWenn man nur eine halbe Sekunde von einer 15-Sekunden-Zykluszeit abschneidet, erhält man Tausende von Dollar Gewinn bei einer Millionstel-Runde.

• Konsolidierung und komplexe Geometrien:Hier wird es wirklich elegant: Ein traditionelles EOAT hat den Hauptkörper, zusätzlich separate Halterungen, Rohre und Schläuche für alle Vakuumbecher und pneumatische Greifer.mit 3D-Druck (insbesondere SLS oder MJF)Ich kann alle Luftkanäle entwerfen.direkt in den KörperWas einst 20 separate Teile waren, wird zu einem einzigen, 3D gedruckten Bauteil. Dies ist leichter, hat weniger Ausfallpunkte und ist unglaublich schnell zu montieren.

• Zusammengefasste Greifer:Genau wie bei Leuchten kann ich Greifer entwerfen, die perfekt an die komplexe Form meines Teils angepasst sind.die für klare optische Teile oder hochkosmetische Oberflächen, die nicht zerkratzt werden können, kritisch ist.

• Rapid Prototyping für die Automatisierung:Wenn ich eine neue automatisierte Zelle entwerfe, kann ich drei verschiedene EOAT-Designs an einem einzigen Tag 3D drucken und auf dem Roboter testen.Ich kann schnell herausfinden, welcher der zuverlässigste Griff und schnellste Zykluszeit bietet. Dies reduziert das Risiko des Automatisierungsprozesses und ist mittraditionelle Herstellung.

Letztes Urteil: Hör auf zu vergleichen, beginne zu integrieren

Die Aussprache überKunststoffspritzgießen vs. 3D-DruckDie Fachwelt kennt die Antwort: Sie brauchen beides.

Sie sind unterschiedliche Werkzeuge für verschiedene Aufgaben, und jeder ernsthafte Baumeister braucht beides in seiner Werkzeugkiste.

Mein Workflow ist ein perfektes Beispiel für diese neue, integrierte Realität:

1. Ich benutze3D-Druck (FDM/SLA)die Erstellung der ersten Konzeptprototypen für die Form- und Passformprüfung.

2. Ich benutze3D-Druck (SLA/MJF)zu schaffenSchnelle Werkzeuge(eine gedruckte Form) um mein Formdesign zu validieren undHerstellungsprozessmit 100-500 Teilen in derabschließendProduktion von Kunststoff.

3. Ich benutze diese Form alsBrückenwerkzeugeDie ersten 5.000 Einheiten zu produzieren, mein Produkt auf den Markt zu bringen und 10 Wochen im Voraus Einnahmen zu generieren.

4. Während dies geschieht, benutze ich3D-Druck (SLS/FDM)Um die ganze Tradition zu schaffen.Geräte, Befestigungen und EOATIch brauche meine automatische Montage- und Kontrolllinie.

5. Wenn meine gehärteten Stahl-Produktionsformen ankommen, ist esIch bin schon fertig.Meine Automatisierung istIch bin schon fertig.Ich kann es anstecken und auf Millionen von Teilen skalieren, ohne Ausfallzeiten.

Das ist der neue Arbeitsablauf.3D-Drucknicht konkurrierenKunststoffspritzgießerei; es wird schneller, billiger, risikoarmer und effizienter als je zuvor.