Come la stampa 3D integra davvero lo stampaggio a iniezione di plastica

Come qualcuno che ha trascorso la sua carriera nel mondo della produzione, ho osservato la conversazione intornoStampa 3D- estampaggio a iniezione di plasticaPer anni, i due sono stati messi l'uno contro l'altro: "Il Nuovo contro il Vecchio", "La flessibilità contro il Volume", "Il Disruptor contro il Re".

Questo è un modo fondamentalmente sbagliato di vedere il mercato.

Stampa 3D (produzione additiva)non sostituiscestampaggio a iniezione di plasticaÈ la tecnologia complementare più potente che sia emersa nella mia vita. Non sostituisce il re; lo rende più veloce, più intelligente e più agile.

Per i miei clienti e per i miei progetti, non li vedo più come una scelta "o/o". Li vedo come una partnership "quando e come".Offrendo una velocità incredibileLa produzione additiva, al contrario, è caratterizzata da un elevato costo di installazione e da lunghi tempi di consegna.è il campione di velocità-a-prima-parte, la complessità e l'economia a basso volume, senza costi di attrezzatura da ammortare.

La vera magia avviene quando smetti di confrontarli e inizi a integrarli.Tecnologia di stampa 3D all'internoa)processo di stampaggio a iniezione di plasticaE' così che le aziende hanno ridotto i costi di sviluppo, raggiunto il mercato in tempi record e costruito linee di produzione più efficienti e automatizzate.

Questo post è la mia immersione profonda in quella potente sinergia. Mi sto spostando oltre la semplice linea "utilizzare la stampa 3D per prototipi".In questo modo queste due tecnologie lavorano come una squadra..

1Il cambiamento di gioco: la lavorazione rapida degli attrezzi (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 la macchina CNC uno stampo complesso di acciaio o alluminio solo per i test, posso stampare in 3D un inserto di stampo in casa in poche ore, per una frazione del costo.

Questo è quello che noi nel settore chiamiamoattrezzatura rapida.

Uno stampo stampato in 3D è in genere un inserto di stampo o uno stampo completo (nucleo e cavità) che viene inserito in una base di stampo universale in alluminio.Questo strumento stampato viene poi inserito direttamente in una macchina per lo stampaggio a iniezione standard.

Posso poi inserire in questo stampo plastica di produzione, come ABS, PP o Nylon, per creare parti vere e funzionali.

Perché è così potente

I benefici che ho visto in prima persona sono impressionanti:

• Massiccia riduzione dei costi:Uno stampo stampato in 3D può costare da 100 a 1.000 dollari.000Un semplice stampo di alluminio lavorato inizia a 2 dollari.000In un caso di studio, una società ha risparmiato il 97% sui costi di attrezzatura per una serie di 6.000 parti utilizzando uno stampo stampato in 3D.

• Incredibilmente veloce:Posso progettare uno stampo al mattino, farlo stampare in 3D entro il pomeriggio, e iniettare parti entro la sera. Confrontalo con il tempo di 4-8 settimane per uno stampo tradizionale.Questo collassa i tempi di sviluppo del prodotto da mesi a giorni.

• Validazione del vero disegno:Questo è il punto più critico. I prototipi sono una cosa, ma non ti dicono laprocesso di produzioneUn modello stampato in 3D mi permette di convalidare il mioprogettazione dello stampaggioPosso fare il test per:

  • Flusso:Come fa la plastica fusa a riempire la cavità?

  • Distorsione:Il pezzo si raffredda e si deforma in modi inaspettati?

  • Localizzazione della porta:Il mio cancello e' nel posto giusto, o lascia un difetto o crea problemi di flusso?

  • Segni di spilla dell' ejetore:Sono ipin di espulsionele posizioni corrette per smontare la parte in modo pulito?

Trovare un difetto in un modello 3D è facile. Trovare un difetto in uno stampo in acciaio da 50.000 dollari è un disastro.progettazione dello stampo stessoDue o tre volte in una settimana finché non è perfetto, e solo allora mi impegno a tagliare acciaio costoso.

Studio di caso in azione: l'AMRC e la warping

Un esempio perfetto del mondo reale proviene dall'Università di Sheffield's Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC).Il loro primo tentativo con una stampante a base di resina ha causato una deformazione significativa dopo il processo di indurimento, rendendo inutile lo stampo.

Invece di arrendersi, hanno ripetuto.Tecnologia di stampa 3D(Sintratura laser selettiva, oSLSIl nuovo stampo è stato sviluppato con un nuovo materiale (Nylon 11), che era più resistente e meno fragile.ancoraLa sua struttura è stata molto complessa, ma le sue proprietà meccaniche superiori gli hanno permesso di resistere alle forze di fissaggio delprocesso di stampaggio ad iniezioneIl risultato? Hanno prodotto con successo una parte stampata.

Questo è il potere dell'utensile rapido in poche parole: hanno scoperto e risolto molteplici complessi problemi di ingegneria (scelta dei materiali, deformazione,In questo caso, il progetto è stato realizzato in una frazione del tempo e dei costi che avrebbe richiestoproduzione tradizionale.

Scegliere la giusta tecnologia di stampa 3D per gli stampi

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

2. Riempire il divario: utensili da ponte e produzione a basso volume

Il secondo modo in cui uso queste tecnologie insieme è per quello che viene chiamato"strumentazione per ponti"o"Fabbricazione di ponti".

Immaginate questo scenario: la progettazione del prodotto è stata finalizzata, avete usato gli attrezzi rapidi per perfezionare lo stampo, ora avete ordinato lo stampo di produzione in acciaio indurito da 80.000 dollari, ma il tempo di consegna è di 12 settimane.Lo fai?- Sì, signore.

A) Attendere tre mesi senza prodotto, permettendo ai concorrenti di raggiungerlo?

B) Lanciare il prodotto e iniziare a vendere ora?

La risposta è B. E il modo in cui lo faccio è con gli attrezzi del ponte.

Uno strumento "ponte" è uno stampo stampato in 3D più robusto (o uno stampo in alluminio rapidamente lavorato) progettato per produrre il primorealeIl progetto "colma" il divario tra prototipazione e produzione di massa.

Questo non è per 10-50 parti. Questo è per la produzione di 500, 1,000Una muffa MJF o SLA di alta qualità può assolutamente gestire queste quantità.

Il valore strategico del ponte

Questa strategia non riguarda soltanto la velocità, ma è un vantaggio fondamentale per le imprese.

• Prima di tutto al mercato.Posso avere il mio prodotto sugli scaffali dei negozi o spedito ai clienti mentre la concorrenza sta ancora aspettando che i loro attrezzi vengano realizzati.

• Generare entrate anticipate:Posso iniziare a generare flussi di cassa dal mio prodottooggiLe entrate possono contribuire a pagare i costosi attrezzi di produzione di massa che vengono ancora fabbricati.

• Test sul mercato reale:E se la mia previsione iniziale di vendite di 500.000 unità fosse sbagliata?Posso fare un lotto di cinque.Questo mi permette di valutare la domanda reale del mercato prima di impegnarmi in massicce spese di capitale.

• Abilitare il controllo delle versioni del prodottoIl bridge tooling mi permette di lavorare come una società di software. Posso lanciare "Widget v1.0" con uno strumento bridge. Mentre si vende, posso raccogliere i feedback dei clienti, apportare alcune modifiche al design, e stampare unnuovoQuesto approccio agile e iterativo all'hardware è impossibileproduzione tradizionale.

Un caso di studio di Interroll, una società che aveva bisogno di un componente di alloggiamento in plastica, lo ha messo in evidenza perfettamente.EntrambiStampa 3D e stampaggio ad iniezione, potrebbero mantenere la loro offerta costante, gestire i costi e rimanere flessibili, usando il giusto processo per la domanda in un dato momento.

3L'eroe sconosciuto: Gioghi e apparecchiature stampati in 3D

Questa è una delle applicazioni più pratiche e ad alto rendimento della stampa 3D in un laboratorio di stampaggio, eppure riceve meno attenzione.

Il...processo di stampaggio ad iniezioneNon si ferma quando il pezzo viene espulso. Il pezzo spesso ha bisogno di essere raffreddato, controllato, assemblato, o avere operazioni secondarie eseguite su di esso.usiamo giuggi e apparecchi..

• Gigs:Guidare uno strumento (ad esempio, una guida per la trivellazione, una guida per il taglio).

• Fabbricazione:Tenere un pezzo in un luogo specifico e ripetibile (ad esempio un apparecchio di raffreddamento, un nido di montaggio, un apparecchio di ispezione QC).

Tradizionalmente, questi utensili venivano lavorati meticolosamente con alluminio o acetalo (Delrin).allontanandoli da lavori di alto valore (come la produzione di stampi).

Oggi, le stampa in 3D. Tutte.

Perché stampa in 3D ogni giochetto e apparecchio

Quando entro in un negozio moderno, l'impatto è evidente.

• Velocità e costo:Un meccanico potrebbe spendere un giorno intero e 200 dollari in materiali per fare un apparecchio di montaggio complesso, posso stampare lo stesso apparecchio in una notte per circa 30 dollari di materiale.una società di produzione, ha consentito di risparmiare l'80% del tempo di installazione della macchina utilizzando dispositivi di tenuta del lavoro stampati in 3D.

• Ergonomia e peso:Gli apparecchi di alluminio lavorati sono pesanti. In un turno di 8 ore, un operatore che solleva quell'apparecchio centinaia di volte proverà stanchezza. Posso stampare in 3D lo stesso apparecchio usando un materiale comeMacchine per la lavorazione CNC- ABS o Nylon riempito di fibre di carbonio, rendendolo più leggero del 70-90%, migliorando l'ergonomia dell'operatore e riducendo la stanchezza.

• Perfetta conformità:Aparte stampataMa se il blocco 3D non è un blocco perfetto, ha curve complesse, tagli e costole, è difficile lavorare un apparecchio per adattarsi perfettamente a questa forma complessa, con la stampa 3D è banale.Prendo solo la parte originale.Modello 3D, sottratto da un blocco nel mio software CAD, e ho un perfetto nido personalizzato.

• Iterazione in volo:Un ingegnere della fabbrica di Audi ha osservato che la stampa 3D consente loro di produrre attrezzi rapidamente e rispondere a richieste specifiche da parte di colleghi sulla catena di montaggio."Questo apparecchio sarebbe migliore se questo manico fosse angolato in modo diverso"Posso fare quella modifica sul computer e avere uno strumento nuovo e migliorato nelle loro mani la mattina dopo.Davvero.una linea di produzione efficiente e felice.

Le aziende come Polaris e Medtronic hanno riportato enormi risparmi e miglioramenti di efficienza dall'implementazione di questa strategia.velocità, e la produttività è enorme.

4- L'Automation Enabler: 3D Printed End-of-Arm Tooling (EOAT)

La quarta area è un'estensione di giuggi e apparecchiature, ma per robot.

In una moderna e automatizzatainiezione di plasticaCella di stampaggio, un braccio robotico entra, afferra la parte (o le parti) dallo stampo e le sposta alla stazione successiva (come una stazione di taglio, una telecamera QC o un nastro trasportatore).La "mano" di quel robot si chiamaStrumento di fine braccio (EOAT).

Questo EOAT è un'ingegneria su misura.

• Apparecchi per la presa (pneumatici o meccanici)

• Acciai e loro derivati

• Sensori per rilevare la parte

• Lame per tagliare la corsa

Come i jig, questi sono stati tradizionalmente lavorati su misura in alluminio. Questo ha creato un grosso collo di bottiglia.EOAT costoso da lavorare.

Come la stampa 3D rivoluziona l'automazione dello stampaggio

La stampa 3D rompe questo collo di bottiglia e apre nuove possibilità di progettazione.

• Il peso leggero e' la chiave.Un braccio robotico ha un carico utile massimo.parteE' molto più veloce, e più il robot deve muoversi per gestire l'inerzia, e con la stampa 3D dell'EOAT da polimeri leggeri, posso ridurne significativamente il peso.che riduce direttamentetempo di ciclodell'interoprocesso di produzioneRidurre anche solo mezzo secondo da un ciclo di 15 secondi si somma a migliaia di dollari di profitto su un ciclo di un milione di parti.

• Consolidazione e geometrie complesse:Un EOAT tradizionale ha il corpo principale, oltre a supporti separati, tubi e tubi per tutti i bicchieri di vuoto e le pinze pneumatiche.Con stampa 3D (soprattutto SLS o MJF)Posso progettare tutti quei canali d'aria.direttamente nel corpoQuello che una volta era 20 parti separate diventa un singolo componente stampato in 3D. Questo è più leggero, ha meno punti di guasto ed è incredibilmente veloce da assemblare.

• Apparecchi di presa personalizzati:Proprio come con gli apparecchi, posso progettare pinze che siano perfettamente modellate alla forma complessa della mia parte. Questo fornisce una presa più sicura e delicata,che è fondamentale per parti ottiche trasparenti o superfici cosmetiche che non possono essere graffiate.

• Prototipi rapidi per l'automazione:Quando progetto una nuova cella automatizzata, posso stampare in 3D tre diversi disegni EOAT in un solo giorno e testarli sul robot.Posso scoprire rapidamente quale fornisce la presa più affidabile e il tempo di ciclo più veloceQuesto riduce i rischi del processo di automazione ed è impossibile conproduzione tradizionale.

Verdetto finale: Smetti di confrontarti, inizia ad integrarti

La discussione delstampaggio a iniezione di plastica vs stampa 3DLa comunità professionale sa la risposta: hai bisogno di entrambe le cose.

Pensarli come concorrenti è come discutere se possedere una chiave inglese o un cacciavite: sono strumenti diversi per lavori diversi e ogni costruttore serio ha bisogno di entrambi nella sua scatola degli attrezzi.

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

1. Io usoStampa 3D (FDM/SLA)creare i prototipi di concept iniziali per il controllo della forma e dell'idoneità.

2. Io usoStampa 3D (SLA/MJF)per creareAttrezzature veloci(uno stampo stampato) per convalidare il mio disegno di stampo eprocesso di produzionecon 100-500 parti nelfinaleproduzione di plastica.

3. Io uso questo stampo comeStrumentazione di pontiper far girare le prime 5.000 unità, portare il mio prodotto sul mercato e generare entrate 10 settimane prima del previsto.

4. Mentre questo sta succedendo, io usoStampa 3D (SLS/FDM)per creare tutta la consuetudineapparecchiature per il controllo delle emissioniMi serviranno per la mia linea di montaggio automatico e di controllo.

5. Quando arriva il mio stampo di produzione in acciaio indurito, èGià.La mia linea di automazione èGià.Posso inserirlo e ridurlo a milioni di componenti con zero tempi di inattività.

Questo e' il nuovo flusso di lavoro.Stampa 3Dnon è in competizione constampaggio a iniezione di plastica■ rende più veloce, meno costoso, meno rischioso ed efficiente che mai.