Como a Impressão 3D Realmente Complementa a Moldagem por Injeção de Plástico

Como alguém que passou a minha carreira no mundo da manufatura, observei a conversa em torno deImpressão 3Demoldagem por injecção de plásticoDurante anos, os dois foram colocados um contra o outro: "O Novo contra o Velho", "Flexibilidade contra o Volume", "O Disruptor contra o Rei".

Esta é uma forma fundamentalmente errada de ver o mercado.

Impressão 3D (fabricação aditiva)não substituimoldagem por injecção de plásticoÉ a tecnologia complementar mais poderosa que surgiu na minha vida. Não substitui o rei; torna o rei mais rápido, mais inteligente e mais ágil.

Para os meus clientes e para os meus próprios projetos, já não os vejo como uma escolha "ou/ou", vejo-os como uma parceria "quando e como".oferecendo uma velocidade incrívelA produção aditiva, por outro lado, tem um papel importante no desenvolvimento de novas tecnologias de fabricação, como a fabricação aditiva, que tem como principal objectivo a redução da produção de materiais, a reprodução e o menor custo possível por peça em escala.é o campeão da velocidade-para-primeira-parte, complexidade e economia de baixo volume, sem custos de ferramenta para amortizar.

A verdadeira magia acontece quando você parar de compará-los e começar a integrá-los.Tecnologia de impressão 3D dentroa)processo de moldagem por injecção de plásticoÉ assim que os fabricantes modernos estão a ganhar. É assim que vi as empresas reduzirem os custos de desenvolvimento, chegarem ao mercado em tempo recorde e construirem linhas de produção mais eficientes e automatizadas.

Este post é o meu mergulho profundo nessa poderosa sinergia. Vou passar da linha simples "usar impressão 3D para protótipos". Vou mostrar-vos os quatro avançados,de alto impacto, estas duas tecnologias trabalham em equipa..

1A mudança de jogo: ferramentas rápidas (3D moldes impressos)

Esta é a forma mais direta e revolucionária de a impressão 3D suportar a moldagem por injecção.Em vez de gastar semanas e dezenas de milhares de dólares para máquina CNC um molde complexo de aço ou alumínio apenas para testesPosso imprimir um inserto de molde em 3D em questão de horas, por uma fração do custo.

Isto é o que nós na indústria chamamosFerramentas rápidas.

Um molde impresso em 3D é tipicamente uma inserção de molde ou um molde completo (núcleo e cavidade) que é colocado em uma base de molde de alumínio universal.Esta ferramenta impressa é então colocada diretamente em uma máquina de moldagem por injeção padrão.

Posso então atirar plástico de produção, como ABS, PP ou Nylon, neste molde impresso para criar partes verdadeiras e funcionais.

Por que isso é tão poderoso

Os benefícios que vi em primeira mão são impressionantes:

• Redução massiva dos custos:Um molde impresso em 3D pode custar entre 100 e 1 dólar.000Um molde de alumínio simples começa em 2 dólares.000, e um molde de produção de aço complexo pode facilmente chegar a US$ 100.000+. Em um estudo de caso, uma empresa economizou 97% nos custos de ferramentas para uma série de 6.000 peças usando um molde impresso em 3D.

• Velocidade Incrível:Posso desenhar um molde de manhã, imprimi-lo em 3D à tarde e injetar peças à noite.Isto desmorona os cronogramas de desenvolvimento de produtos de meses para dias.

• Validação do verdadeiro projeto:Este é o ponto mais crítico. Protótipos são uma coisa, mas eles não lhe dizem sobre oprocesso de fabricoUm molde impresso em 3D permite-me validar o meuprojeto de moldagemPosso testar:

  • Fluxo:Como é que o plástico fundido preenche a cavidade?

  • Deformação:A peça arrefece e deforma de forma inesperada?

  • Localização da porta:O meu portão está no lugar certo, ou deixa uma mancha ou cria problemas de fluxo?

  • Marcas de alfinete do ejetor:São osEjector pinlocalizações corretas para desmoldar a peça de forma limpa?

Encontrar uma falha em um modelo 3D é fácil. Encontrar uma falha em um molde de aço de US $ 50.000 é um desastre. Ferramentas rápidas me permite falhar rápido e barato, iterando noO próprio projeto do moldeSó depois me comprometo a cortar aço caro.

Estudo de caso em ação: A AMRC e a Warping

Um exemplo perfeito do mundo real vem da Universidade de Sheffield's Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC). Eles assumiram um projeto para imprimir 3D uma ferramenta de molde de polímero.Sua primeira tentativa com uma impressora à base de resina resultou em deformação significativa após o processo de curagem, tornando o molde inútil.

Em vez de desistirem, repetiram.Tecnologia de impressão 3D(Sinterização por laser seletiva, ouSLSO novo molde foi fabricado a partir de um material diferente (Nylon 11), que era mais resistente e menos frágil.Ainda assimO sistema de fixação do motor de estacionamento, que apresentava alguns problemas de planitude, as suas propriedades mecânicas superiores permitiram-lhe resistir às forças de fixação do motor de estacionamento.processo de moldagem por injecçãoO resultado foi produzir com sucesso uma peça moldada.

Este é o poder da ferramenta rápida em poucas palavras: eles descobriram e resolveram vários problemas complexos de engenharia (escolha de material, deformação,A partir daí, a Comissão decidiu, em 1 de Janeiro de 1999, que aFabricação tradicional.

Escolher a tecnologia de impressão 3D certa para moldes

Nem todas as impressoras 3D são criadas iguais para essa tarefa. A escolha depende do detalhe da peça exigida, da longevidade do molde e da temperatura do plástico injetado.

2Preenchendo a lacuna: Ferramentas de ponte e produção de baixo volume

A segunda forma de usar estas tecnologias juntas é para o que se chama"ferramentas de ponte"ou"Fabricação de pontes".

Imagine este cenário: o seu projeto de produto está finalizado. Você usou ferramentas rápidas para aperfeiçoar o molde. Agora, você encomendou seu molde de produção de aço endurecido de US $ 80.000, mas o tempo de entrega é de 12 semanas.Você?- Não.

A) Esperar três meses sem nenhum produto, permitindo que os concorrentes o alcancem?

B) Lançar o seu produto e começar a vender agora?

A resposta é B. E a forma como faço é com ferramentas de ponte.

Uma ferramenta "ponte" é um molde impresso em 3D mais robusto (ou um molde de alumínio rapidamente trabalhado) projetado para produzir o primeiroreal"Cruza" a lacuna entre prototipagem e produção em massa.

Isto não é para 10 a 50 peças.000Um molde MJF ou SLA de alta qualidade pode absolutamente lidar com essas quantidades.

O valor estratégico da ponte

Esta estratégia é mais do que apenas velocidade; é uma vantagem empresarial fundamental.

• Primeiro o Mercado:Posso ter o meu produto nas prateleiras das lojas ou enviá-lo aos clientes enquanto a minha concorrência ainda espera que as suas ferramentas sejam feitas.

• Gerar receita antecipada:Posso começar a gerar fluxo de caixa do meu produtohojeEssa receita pode ajudar a pagar as caras ferramentas de produção em massa que ainda estão a ser fabricadas.

• Teste do mercado no mundo real:E se a minha previsão inicial de vendas de 500 mil unidades estiver errada?Posso fazer um lote de cinco.Isto permite-me avaliar a procura real do mercado antes de me comprometer com grandes despesas de capital.

• Ativar a versão do produto:A ferramenta de ponte permite-me trabalhar como uma empresa de software. Posso lançar "Widget v1.0" com uma ferramenta de ponte. Enquanto isso está a vender, eu posso recolher feedback dos clientes, fazer alguns ajustes de design, e imprimir uma versão de "Widget v1.0".novoEsta abordagem ágil e iterativa para o hardware é impossível comFabricação tradicional.

Um estudo de caso da Interroll, uma empresa que precisava de um componente de caixa de plástico, destacou-o perfeitamente.ambas as partesImpressão 3D e moldagem por injecção, poderiam manter a sua oferta estável, gerir custos e manter-se flexíveis, usando o processo certo para a procura em qualquer momento.

3The Unsung Hero: Jigs e Acessórios Impressos em 3D

Esta é uma das aplicações mais práticas e de alto ROI da impressão 3D numa oficina de moldagem, mas recebe menos atenção.

O...processo de moldagem por injecçãoA peça precisa frequentemente ser resfriada, verificada, montada ou ter operações secundárias realizadas nela.Usamos pinças e acessórios.

• Jigs:Orientar uma ferramenta (por exemplo, um guia de perfuração, um guia de corte).

• Instalações:Manter uma peça num local específico e repetível (por exemplo, um dispositivo de refrigeração, um ninho de montagem, um dispositivo de inspecção QC).

Tradicionalmente, estas ferramentas eram meticulosamente usinadas a partir de alumínio ou acetal (Delrin).afastá-los de trabalhos de alto valor (como fazer moldes).

Hoje, imprimo-os todos em 3D.

Por que eu imprimo em 3D cada peça e fixação

Quando entro numa loja moderna, o impacto é óbvio.

• Velocidade e Custo:Um mecânico pode gastar um dia inteiro e 200 dólares em materiais para fazer uma peça de montagem complexa.uma empresa de fabrico, economizou 80% no tempo de instalação da máquina através da utilização de dispositivos de retenção de trabalho impressos em 3D.

• Ergonomia e peso:Os acessórios de alumínio são pesados. Durante um turno de 8 horas, um operador que levanta esse acessório centenas de vezes vai sentir fadiga. Posso imprimir o mesmo acessório em 3D usando um material comoFabricação por máquinas CNC- ABS ou Nylon com fibra de carbono, tornando-o 70-90% mais leve, melhorando a ergonomia do operador e reduzindo a fadiga.

• Conformidade perfeita:Aparte moldadaA impressão em 3D é muito difícil, mas a impressão em 3D é muito mais fácil.Eu só levo a parte original.Modelo 3D, subtrai-o de um bloco no meu software CAD, e eu tenho um ninho perfeito, personalizado.

• Iteração em voo:Um engenheiro da fábrica da Audi observou que a impressão 3D permite-lhes fazer ferramentas rapidamente e responder a pedidos específicos de colegas na linha de montagem."Esta fixação seria melhor se esta alça estivesse em ângulo diferente"Posso fazer essa alteração no computador e ter uma ferramenta nova e melhorada nas suas mãos na manhã seguinte.De verdade.uma linha de produção eficiente e feliz.

Empresas como a Polaris e a Medtronic relataram grandes economias e ganhos de eficiência com a implementação desta estratégia.velocidade, e a produtividade é enorme.

4O Ativador de Automação: Ferramentas de Fim de Braço Impressas em 3D (EOAT)

A quarta área é uma extensão de peças e acessórios, mas para robôs.

Em um sistema moderno e automatizadoinjecção de plásticoCélula de moldagem, um braço robótico entra, pega a parte (ou partes) do molde e os move para a próxima estação (como uma estação de corte, câmera de QC ou conveyor).A "mão" desse robô chama-seFerramenta de ponta de braço (EOAT).

Este EOAT é uma peça de engenharia personalizada. Pode incluir:

• Máquinas e aparelhos de limpeza (exceto máquinas de limpeza)

• Copo de vácuo

• Sensores de detecção da peça

• As lâminas do mamilo cortam o corredor

Como os jigs, estes eram tradicionalmente feitos a medida a partir de alumínio. Isto criou um grande gargalo.EOAT caro para ser usinado.

Como a impressão 3D revoluciona a automação do molde

A impressão 3D destrói este gargalo e abre novas possibilidades de design.

• O peso leve é a chave:Um braço robótico tem uma carga útil máxima. Quanto mais pesado o EOAT, menos "carga útil" resta para oParteAo imprimir o EOAT em 3D a partir de polímeros leves, posso reduzir significativamente o seu peso.que reduz diretamente oTempo de ciclode todo oprocesso de fabricoRapar até meio segundo de um ciclo de 15 segundos dá milhares de dólares em lucro durante um ciclo de um milhão de partes.

• Consolidação e geometria complexa:Um EOAT tradicional tem o corpo principal, além de suportes, tubos e mangueiras separados para todos os copos de vácuo e pinças pneumáticas.Com impressão 3D (especialmente SLS ou MJF)Posso desenhar todos os canais de ar.diretamente no corpoO que antes eram 20 partes separadas torna-se um único componente impresso em 3D. Isto é mais leve, tem menos pontos de falha e é incrivelmente rápido de montar.

• Grampos personalizados:Tal como acontece com os acessórios, posso desenhar pinças perfeitamente moldadas para a forma complexa da minha peça.que é crítico para peças ópticas transparentes ou superfícies altamente cosméticas que não podem ser arranhadas.

• Prototipos rápidos para automação:Quando desenho uma nova célula automatizada, posso imprimir 3D três desenhos diferentes de EOAT num único dia e testá-los no robô.Eu posso descobrir rapidamente qual fornece a aderência mais confiável e o tempo de ciclo mais rápidoIsto reduz os riscos do processo de automação e é impossível comFabricação tradicional.

Veredicto Final: Parem de Comparar, Comecem a Integrar

O debatemoldagem por injecção de plástico versus impressão 3DA comunidade profissional sabe a resposta: você precisa de ambos.

Pensar neles como concorrentes é como discutir se se deve possuir uma chave inglesa ou uma chave de fenda.

O meu fluxo de trabalho é um exemplo perfeito desta nova realidade integrada:

1. Eu usoImpressão 3D (FDM/SLA)criar protótipos de conceito iniciais para as verificações de forma e adequação.

2. Eu usoImpressão 3D (SLA/MJF)para criarFerramentas rápidas(um molde impresso) para validar o meu projeto de molde eprocesso de fabricocom 100 a 500 peças nofinalprodução de plástico.

3. Eu uso este molde comoFerramentas de pontepara lançar as primeiras 5.000 unidades, colocar o meu produto no mercado e gerar receita 10 semanas antes do previsto.

4. Enquanto isto acontece, eu usoImpressão 3D (SLS/FDM)para criar toda a costumaOs equipamentos para a produção de ar condicionado e de ar condicionadoVou precisar da minha linha de montagem e controlo de qualidade.

5. Quando o meu molde de produção de aço endurecido chega, éJá está.A minha linha de automação éJá está.Posso "conectá-lo" e dimensioná-lo para milhões de peças sem tempo de inatividade.

Este é o novo fluxo de trabalho.Impressão 3Dnão compete commoldagem por injecção de plástico; torna-a mais rápida, mais barata, menos arriscada e mais eficiente do que nunca.