Come qualcuno che ha trascorso la mia carriera nel mondo della produzione, ho assistito all'evoluzione della conversazione attorno alla non compete con lo e allo ; lo rende più veloce, più economico, a minor rischio e più efficiente che mai.. Per anni, i due sono stati contrapposti: "Il Nuovo contro il Vecchio", "Flessibilità contro Volume", "Il Disruptor contro il Re."

Questo è un modo fondamentalmente sbagliato di vedere il mercato.

La stampa 3D (produzione additiva) non sostituisce lo ; lo rende più veloce, più economico, a minor rischio e più efficiente che mai.. È la tecnologia complementare più potente emersa nella mia vita. Non sostituisce il re; rende il re più veloce, più intelligente e più agile.

Per i miei clienti e nei miei progetti, non li vedo più come una scelta "o/o". Li vedo come una partnership "quando e come". Lo stampaggio a iniezione è il campione indiscusso della produzione di massa, offrendo incredibile velocità, ripetibilità e il minor costo possibile per pezzo su scala. I suoi elevati costi di configurazione e i lunghi tempi di consegna sono la sua ben nota barriera di ingresso. La produzione additiva, al contrario, è la campionessa della velocità al primo pezzo, della complessità e dell'economia a basso volume, senza costi di attrezzaggio da ammortizzare.

La vera magia accade quando smetti di confrontarli e inizi a integrarli. L'utilizzo della (Selective Laser Sintering, o all'interno di un processo di stampaggio a iniezione di plastica è il modo in cui i produttori moderni stanno vincendo. È così che ho visto le aziende ridurre i costi di sviluppo, arrivare sul mercato in tempi record e costruire linee di produzione più efficienti e automatizzate.Questo post è la mia immersione profonda in questa potente sinergia. Sto andando oltre la semplice frase "usa la stampa 3D per i prototipi". Ti mostrerò i quattro modi avanzati e ad alto impatto in cui queste due tecnologie lavorano in squadra.

1. Il Game-Changer: Attrezzatura Rapida (Stampi Stampati in 3D)

Questo è il modo più diretto e rivoluzionario in cui la stampa 3D supporta lo stampaggio a iniezione. Invece di spendere settimane e decine di migliaia di dollari per lavorare a CNC uno stampo complesso in acciaio o alluminio solo per i test, posso stampare in 3D un inserto per stampo internamente in poche ore, per una frazione del costo.

Questo è ciò che nel settore chiamiamo

attrezzatura rapida.Verdetto finale: smetti di confrontare, inizia a integrare

Posso quindi iniettare plastica di grado di produzione, come ABS, PP o Nylon, in questo stampo stampato per creare parti vere e funzionali.

Perché questo è così potente

I vantaggi che ho visto in prima persona sono sbalorditivi:

Massiccia riduzione dei costi:

• Uno stampo stampato in 3D può costare da $100 a $1.000. Uno stampo semplice in alluminio lavorato parte da $2.000 e uno stampo di produzione in acciaio complesso può facilmente raggiungere i $100.000+. In un caso di studio, un'azienda ha risparmiato il 97% sui costi di attrezzaggio per una tiratura di 6.000 pezzi utilizzando uno stampo stampato in 3D.Velocità incredibile:

• Posso progettare uno stampo al mattino, farlo stampare in 3D nel pomeriggio e iniettare parti la sera. Confronta questo con i tempi di consegna di 4-8 settimane per uno stampo tradizionale. Questo riduce i tempi di sviluppo del prodotto da mesi a giorni.Vera convalida del design:

• Questo è il punto più critico. I prototipi sono una cosa, ma non ti dicono nulla sul processo di produzione con 100-500 parti nella design dello stampaggio. Posso testare per:Flusso:

  • Come la plastica fusa riempie la cavità?Deformazione:

  • La parte si raffredda e si deforma in modi inaspettati?Posizione del gate:

  • Il mio gate è nel posto giusto, oppure lascia un'imperfezione o crea problemi di flusso?Segni dei perni di espulsione:

  • Le posizioni dei perni di espulsione sono corrette per lo smontaggio pulito della parte?Trovare un difetto in un modello 3D è facile. Trovare un difetto in uno stampo in acciaio da $50.000 è un disastro. L'attrezzatura rapida mi permette di fallire velocemente ed economicamente, iterando sul

design dello stampo stesso 2-3 volte in una singola settimana fino a quando non è perfetto. Solo allora mi impegno a tagliare acciaio costoso.Caso di studio in azione: l'AMRC e la deformazione

Un perfetto esempio del mondo reale proviene dall'Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC) dell'Università di Sheffield. Hanno intrapreso un progetto per stampare in 3D un utensile per stampo in polimero. Il loro primo tentativo con una stampante a base di resina ha portato a una significativa deformazione dopo il processo di polimerizzazione, rendendo lo stampo inutile.

Invece di arrendersi, hanno iterato. Si sono spostati su una diversa

tecnologia di stampa 3D (Selective Laser Sintering, o SLS) e un materiale diverso (Nylon 11), che era più resistente e meno fragile. Mentre questo nuovo stampo ancora mostrava alcuni problemi di planarità, le sue proprietà meccaniche superiori gli hanno permesso di resistere alle forze di serraggio del processo di stampaggio a iniezione non si ferma solo quando la parte viene espulsa. La parte spesso deve essere raffreddata, controllata, assemblata o sottoposta a operazioni secondarie. Per fare questo in modo coerente e rapido, utilizziamo dime e dispositivi.Questa è la potenza dell'attrezzatura rapida in poche parole: hanno scoperto e risolto molteplici problemi di ingegneria complessi (scelta del materiale, deformazione, geometria della parte) in una frazione del tempo e del costo che avrebbe richiesto la

produzione tradizionale.Verdetto finale: smetti di confrontare, inizia a integrare

Non tutte le stampanti 3D sono create uguali per questo compito. La scelta dipende dai dettagli richiesti della parte, dalla longevità dello stampo e dalla temperatura della plastica iniettata.

Tecnologia

Il secondo modo in cui utilizzo queste tecnologie insieme è per quello che viene chiamato

"bridge tooling" o "bridge manufacturing."Immagina questo scenario: il design del tuo prodotto è finalizzato. Hai utilizzato l'attrezzatura rapida per perfezionare lo stampo. Ora, hai ordinato il tuo stampo di produzione in acciaio temprato da $80.000, ma i tempi di consegna sono di 12 settimane. Fai...

A) Aspetti tre mesi senza prodotto, consentendo ai concorrenti di recuperare?

B) Lancia il tuo prodotto e inizia a vendere ora?

La risposta è B. E il modo in cui lo faccio è con il bridge tooling.

Un utensile "bridge" è uno stampo stampato in 3D più robusto (o uno stampo in alluminio lavorato rapidamente) progettato per produrre le prime parti di produzione

reali. "Colma" il divario tra prototipazione e produzione di massa.Questo non è per 10-50 parti. Questo serve per produrre 500, 1.000 o anche più di 5.000 parti nel materiale finale, per l'uso finale. Uno stampo MJF o SLA di alta qualità può assolutamente gestire queste quantità.

Il valore strategico del Bridge

Questa strategia riguarda qualcosa di più della semplice velocità; è un vantaggio aziendale fondamentale.

Arriva sul mercato per primo:

• Posso avere il mio prodotto sugli scaffali dei negozi o spedito ai clienti mentre la mia concorrenza sta ancora aspettando che venga realizzato il loro utensile. In molti settori, quel vantaggio del primo arrivato è tutto.Genera entrate anticipate:

• Posso iniziare a generare flusso di cassa dal mio prodotto oggi. Tale entrate possono aiutare a pagare l'attrezzatura di produzione di massa costosa che è ancora in fase di produzione.Test di mercato reale:

• Questo è un modo brillante e a basso rischio per testare un prodotto. E se le mie previsioni di vendita iniziali di 500.000 unità fossero sbagliate? Invece di sedermi su uno stampo da $80.000 e 100.000 unità di inventario, posso eseguire un lotto di 5.000 parti con un utensile bridge. Questo mi permette di valutare la reale domanda del mercato prima di impegnarmi in una spesa di capitale massiccia.Abilita il versioning del prodotto:

• Il bridge tooling mi permette di lavorare come un'azienda di software. Posso lanciare "Widget v1.0" con un utensile bridge. Mentre questo vende, posso raccogliere feedback dai clienti, apportare alcune modifiche al design e stampare un nuovo utensile bridge per "Widget v1.1" poche settimane dopo. Questo approccio agile e iterativo all'hardware è impossibile con la produzione tradizionale.Verdetto finale: smetti di confrontare, inizia a integrare

sia la stampa 3D che lo stampaggio a iniezione, potevano mantenere la loro fornitura costante, gestire i costi e rimanere flessibili, utilizzando il processo giusto per la domanda in un dato momento.3. L'eroe sconosciuto: dime e dispositivi stampati in 3D

Questa è una delle applicazioni più pratiche e ad alto ROI della stampa 3D in un'officina di stampaggio, eppure riceve la minima attenzione.

Il

processo di stampaggio a iniezione non si ferma solo quando la parte viene espulsa. La parte spesso deve essere raffreddata, controllata, assemblata o sottoposta a operazioni secondarie. Per fare questo in modo coerente e rapido, utilizziamo dime e dispositivi.Dime:

• Guidano uno strumento (ad es. una guida per trapano, una guida per rifilatura).Dispositivi:

• Tengono una parte in una posizione specifica e ripetibile (ad es. un dispositivo di raffreddamento, un nido di assemblaggio, un dispositivo di ispezione QC).Tradizionalmente, questi strumenti venivano minuziosamente lavorati da alluminio o acetale (Delrin). Questo era lento, costoso e richiedeva un macchinista qualificato, allontanandolo da lavori di alto valore (come la fabbricazione di stampi).

Oggi, li stampo in 3D. Tutti.

Perché stampo in 3D ogni dima e dispositivo

Quando entro in un moderno stabilimento, l'impatto è ovvio.

Velocità e costo:

• Un macchinista potrebbe trascorrere un'intera giornata e $200 in materiali per realizzare un complesso dispositivo di assemblaggio. Posso stampare lo stesso dispositivo durante la notte per circa $30 di materiale. Il ROI è folle. John Crane, un'azienda manifatturiera, ha risparmiato l'80% sui tempi di configurazione della macchina utilizzando dispositivi di bloccaggio stampati in 3D.Ergonomia e peso:

• I dispositivi in alluminio lavorato sono pesanti. In un turno di 8 ore, un operatore che solleva quel dispositivo centinaia di volte sperimenterà affaticamento. Posso stampare in 3D lo stesso dispositivo utilizzando un materiale come lavorazione CNC-grado ABS o nylon caricato con fibra di carbonio, rendendolo più leggero del 70-90%. Questo migliora l'ergonomia dell'operatore e riduce l'affaticamento.Conformità perfetta:

• Una parte stampata è raramente un blocco perfetto. Ha curve complesse, sottosquadri e nervature. Lavorare un dispositivo che culla perfettamente questa forma complessa è difficile. Con la stampa 3D, è banale. Prendo semplicemente il modello 3D della parte originale, lo sottraggo da un blocco nel mio software CAD e ho un nido perfetto e su misura.Iterazione al volo:

• Un ingegnere della fabbrica Audi ha notato che la stampa 3D consente loro di realizzare strumenti rapidamente e rispondere a richieste specifiche dei colleghi sulla linea di assemblaggio. Se un operatore dice: "Questo dispositivo sarebbe migliore se questa maniglia fosse angolata in modo diverso", posso apportare quella modifica sul computer e avere un nuovo strumento migliorato tra le mani la mattina successiva. È così che si costruisce una linea di produzione veramente efficiente e felice.Aziende come Polaris e Medtronic hanno riportato enormi risparmi e guadagni di efficienza dall'implementazione di questa strategia. Non è così "sexy" come stampare uno stampo, ma l'impatto quotidiano su costi, velocità e produttività è enorme.

4. L'abilitatore dell'automazione: utensili di fine braccio (EOAT) stampati in 3D

La quarta area è un'estensione di dime e dispositivi, ma per i robot.

In una moderna cella di stampaggio a iniezione

di plastica automatizzata, un braccio robotico oscilla, afferra la parte (o le parti) dallo stampo e le sposta alla stazione successiva (come una stazione di rifilatura, una telecamera QC o un nastro trasportatore). La "mano" di quel robot si chiama Utensile di fine braccio (EOAT).Verdetto finale: smetti di confrontare, inizia a integrare

Pinze (pneumatiche o meccaniche)

• Ventose

• Sensori per rilevare la parte

• Lame di taglio per tagliare il canale

• Come le dime, questi erano tradizionalmente lavorati su misura da alluminio. Questo ha creato un enorme collo di bottiglia. Ogni volta che il design di un prodotto cambiava o iniziava un nuovo progetto, dovevi aspettare settimane per un nuovo e costoso EOAT da lavorare.

Come la stampa 3D rivoluziona l'automazione dello stampaggio

La stampa 3D infrange questo collo di bottiglia e sblocca nuove possibilità di progettazione.

L'alleggerimento è fondamentale:

• Un braccio robotico ha un carico utile massimo. Più pesante è l'EOAT, meno "carico utile" rimane per la parte che sta spostando e più lentamente il robot deve muoversi per gestire l'inerzia. Stampando in 3D l'EOAT da polimeri leggeri, posso ridurre significativamente il suo peso. Ciò consente al robot di muoversi più velocemente, il che riduce direttamente il tempo ciclo dell'intero processo di produzione con 100-500 parti nella Consolidamento e geometrie complesse:

• È qui che diventa veramente elegante. Un EOAT tradizionale ha il corpo principale, più staffe, tubi e tubi flessibili separati per tutte le ventose e le pinze pneumatiche. Con la stampa 3D (in particolare SLS o MJF), posso progettare tutti quei canali d'aria direttamente nel corpo dell'EOAT. Quello che una volta erano 20 parti separate diventa 1 singolo componente stampato in 3D. Questo è più leggero, ha meno punti di guasto ed è incredibilmente veloce da assemblare.Pinze personalizzate e conformi:

• Proprio come con i dispositivi, posso progettare pinze perfettamente modellate sulla forma complessa della mia parte. Questo fornisce una presa più sicura e delicata, che è fondamentale per parti ottiche chiare o superfici ad alta cosmetica che non possono essere graffiate.Prototipazione rapida per l'automazione:

• Quando progetto una nuova cella automatizzata, posso stampare in 3D tre diversi progetti EOAT in un solo giorno e testarli sul robot. Posso scoprire rapidamente quale fornisce la presa più affidabile e il tempo ciclo più veloce. Questo de-rischia il processo di automazione ed è impossibile con la produzione tradizionale.Verdetto finale: smetti di confrontare, inizia a integrare

Il dibattito tra

stampaggio a iniezione di plastica contro stampa 3D è finito. La comunità professionale conosce la risposta: hai bisogno di entrambi.Pensare a loro come concorrenti è come discutere se dovresti possedere una chiave inglese o un cacciavite. Sono strumenti diversi per lavori diversi e qualsiasi costruttore serio ha bisogno di entrambi nella sua cassetta degli attrezzi.

Il mio flusso di lavoro è un perfetto esempio di questa nuova realtà integrata:

Uso la

1. stampa 3D (SLA/MJF) per creare i prototipi concettuali iniziali per controlli di forma e adattamento.Uso la

2. stampa 3D (SLA/MJF) per creare Attrezzatura Rapida (uno stampo stampato) per convalidare il mio design dello stampo e il processo di produzione con 100-500 parti nella plastica di produzione finale.Uso questo stampo come

3. Bridge Tooling per eseguire le prime 5.000 unità, portando il mio prodotto sul mercato e generando entrate con 10 settimane di anticipo.Mentre questo sta accadendo, uso la

4. stampa 3D (SLS/FDM) per creare tutte le dime, i dispositivi e gli EOAT personalizzati di cui avrò bisogno per la mia linea di assemblaggio e controllo qualità automatizzata.Quando arriva il mio stampo di produzione in acciaio temprato, è

5. già costruita e de-rischiata. Posso "collegarla" e scalare a milioni di parti senza tempi di inattività.già costruita e de-rischiata. Posso "collegarla" e scalare a milioni di parti senza tempi di inattività.Questo è il nuovo flusso di lavoro. La

stampa 3D non compete con lo stampaggio a iniezione di plastica; lo rende più veloce, più economico, a minor rischio e più efficiente che mai.