Inleiding: Ongeveer 80% van de kunststof onderdelen worden vervaardigd met behulp van kunststof spuitgieten.Spuitgieten is lang beschouwd als de enige massaproductie proces. Met de innovatie van de industrietechnologie is snel spuitgieten niet de enige methode voor matrijsontwikkeling.

CAD/CAM/CAE-systemen verkorten de ontwerp- en verificatietijd. Daarnaast zijn er nieuwe matrijsvariëteiten ontstaan. Aluminium spuitgietmatrijzen en 3D-printmatrijzen strijden om de productiemarkt. Wat is het verschil tussen hen? Welke matrijs maakt je product efficiënter?

Natuurlijk wil je prototypes sneller en goedkoper maken en er zo goed mogelijk uitzien. Laten we aluminium vergelijken en kijken wat de verschillen zijn tussen 3D-geprinte spuitgietmatrijzen.

3D-geprinte mallen

Wat is een 3D-geprinte mal?

3D printen is een proces waarbij digitale bestanden worden gebruikt om driedimensionale objecten te maken. Eerst snijdt de 3D-computersoftware de onderdelen in digitale lagen. Op het bouwplatform deponeert het invoermechanisme materiaal volgens de digitale lagen binnen een gespecificeerd bereik, terwijl de warmtebron de vorm aanpast. De gegevens worden verwerkt om een model te bouwen door continu materiaal toe te voegen.

Welke materialen worden gebruikt in 3D Printing mallen?

3D printmaterialen zijn superbelangrijk voor 3D printtechnologie. De materialen maken 3D printen mogelijk. Op dit moment zijn de belangrijkste materialen voor 3D printen technische kunststoffen, lichtgevoelige harsen, rubberen materialen, metalen materialen en keramische materialen. Er zijn ook voedingsmaterialen zoals gekleurd gips, kunstmatig beendermeel, celbiologische grondstoffen en suiker die gebruikt worden bij 3D printen.

Deze materialen zijn speciaal gemaakt voor 3D-printmachines en -processen. Ze zijn niet zoals gewone kunststoffen, gips, harsen, enz. Ze zijn er in verschillende vormen, zoals poeder, filament, vel, vloeistof, enz. De deeltjesgrootte van de poedermaterialen die gebruikt worden bij 3D printen ligt meestal tussen de 1 en 100 micrometer, afhankelijk van het type printer en de printomstandigheden. Het poeder moet echt rond zijn zodat het goed vloeit.

Wat zijn de voordelen van het gebruik van 3D-geprinte mallen?

  Ontwerpflexibiliteit

Bij 3D printen hoef je je geen zorgen te maken over zaken als opspanningen en gereedschapinterferentie. U kunt ontwerpen voor functie, inclusief convectiekanalen, geïntegreerde structuren en complexe functies. U kunt ook de vorm optimaliseren om gewicht te verminderen, de productie te vereenvoudigen, het materiaalgebruik te verbeteren, problemen met moeilijk te bewerken onderdelen op te lossen, problemen met vervorming na machinale bewerking op te lossen en vormen te maken die met traditionele methoden niet gemaakt kunnen worden.

Economische aspecten van productie in kleine batches

Voor 3D printen heb je geen mallen nodig en je hoeft het ook niet vast te klemmen. Je hoeft niet veel onderdelen te maken om dure mallen te betalen. Je kunt een paar onderdelen maken, of zelfs maar één onderdeel. De economische voordelen van productie in kleine aantallen kunnen de kosten van ontwerpwijzigingen tijdens de ontwikkeling van civiele vliegtuigen verlagen.

Goede voorspelbaarheid van de productie

Je kunt voorspellen hoe lang het duurt om een onderdeel te 3D-printen en hoeveel het zal vervormen op basis van het ontwerp. U kunt de vervorming voorspellen en aanpassen door het ontwerpmodel te wijzigen. Naarmate de 3D printtechnologie en de ondersteuningstechnologie verbeteren, kun je bepalen hoe lang het duurt om een onderdeel te 3D printen, hoe goed het onderdeel is en hoe nauwkeurig het onderdeel is. Dit betekent dat je de vorm van het onderdeel kunt meten en controleren wanneer je een civiel vliegtuig ontwerpt en maakt met 3D printen.

Verminder assemblage.

Het gebruik van 3D printen om geïntegreerde onderdelen te maken vervangt producten die uit vele onderdelen moeten worden samengesteld. Dit bespaart transport, assemblage, installatie van bevestigingsmiddelen, lassen en andere processen van meerdere onderdelen. Het verlaagt ook de kosten van het maken van onderdelen door overbodige productielijnen te elimineren.

Snel te maken

In de vroege ontwerpfase van vliegtuigen duurt het meestal maar enkele tientallen uren vanaf het moment dat je een 3D-model op de computer maakt tot het moment dat je een fysiek onderdeel hebt. Je hoeft niet te wachten tot er een mal is gemaakt. Dit betekent dat je niet hoeft te wachten op een nieuwe mal als je de vorm van het onderdeel verandert. Je kunt het ontwerp van het onderdeel sneller aanpassen en je kunt sneller nieuwe onderdelen maken.

Wat zijn de problemen bij het gebruik van 3D printen om mallen te maken?

Nauwkeurigheid

Als de nauwkeurigheid van de 3D-geprinte mal niet hoog is, zullen er lagen op het oppervlak komen die het gebruik van de mal beïnvloeden. Later is mechanische bewerking of zandstralen nodig om deze lagen te verwijderen.

Materiaalbeperkingen

Technisch gezien verschilt de methode om onderdelen laag voor laag op te bouwen met materialen van het traditionele smeden of gieten. De microstructuur, soorten defecten, restspanningen, inspecteerbaarheid, vereisten voor nabewerking en structurele prestaties en duurzaamheid van de geproduceerde materialen verschillen allemaal van die van traditionele methoden.

Voor complexe onderdelen geven de ontwerpwaarden van het materiaal mogelijk niet de werkelijke prestaties van de constructie weer en is het noodzakelijk om te verifiëren dat het materiaal en het proces samen de structurele prestaties beïnvloeden door middel van structurele tests op een hoger niveau dan het teststukniveau.

Beperkte detectie van defecten

Het 3D printen productieproces is complex om te controleren. Het maakt gebruik van gelaagde productie en laag-voor-laag productieprocessen. De kwaliteit van de verbindingen tussen de lagen kan niet zo uniform zijn als bij gesmede precisieonderdelen.

3D printtechnologie wordt beperkt door haar inherente vormprincipes. Onderdelen die met 3D printtechnologie zijn gemaakt, vooral metalen onderdelen, hebben interne fabricagefouten, zoals holtes, microscheurtjes, slechte smelting en andere defecten.

De grootte van deze defecten is over het algemeen minder dan 20 μm, minder dan de drempelwaarde van algemene niet-destructieve testmethoden, en deze defecten zijn bronnen van scheurinitiatie en hebben ernstige gevolgen voor de vermoeiingsprestaties van de structuur.Precisieregeling is moeilijk In het 3D-printproces zijn er veel factoren die de kwaliteit van het proces beïnvloeden, van de software en hardware van de apparatuur zelf tot de vormmaterialen en vormprocessen.

De engineeringpraktijk toont aan dat de belangrijkste factoren die de 3D printnauwkeurigheid beïnvloeden de mechanische controle, de verwerking van modelgegevens, de materiaaleigenschappen en de controle van de vormparameters zijn. Deze factoren bepalen de hoeveelheid materiaal die wordt toegevoegd, de grootte van de 3D-printeenheid en de nauwkeurigheid van de beweging van het systeem, die de nauwkeurigheid van het onderdeel in de accumulatierichting en het minimale productievermogen van het onderdeel bepalen.

Om de nauwkeurigheid van 3D printen te verbeteren, moet de hoeveelheid toegevoegd materiaal worden verminderd, moet de grootte van de 3D printeenheid worden geregeld en moet de bewegingsnauwkeurigheid van het systeem worden verbeterd. Deze mogelijkheden zijn echter moeilijk verder te verbeteren in kortetermijnonderzoek.

Aluminium Mallen

Wat zijn de kenmerken van aluminium mallen?

De belangrijkste kenmerken van aluminium mallen zijn het lichte gewicht, de hoge belastbaarheid en de hoge omlooptijd. Tijdens het bouwproces hebben ze een hoge constructiekwaliteit, precisie, stabiliteit, eenvoudige installatie en korte bouwperiodes die kosten kunnen besparen.

Hun tekortkomingen zijn: onderhoud en aanpassing ter plaatse zijn niet aanwezig en volledige configuratie is vereist. Ze kunnen slecht worden aangepast aan structurele veranderingen en de kosten van projecten met veel veranderingen zijn hoog. Als de oppervlaktebehandeling niet goed is, reageert de aluminiumlegering chemisch met het beton, wat het uiterlijk van het beton aantast. De bevestigingsmiddelen van aluminium mallen zijn gevoelig voor conflicten met de lay-out van pijpleidingen.

Wat zijn de voordelen van aluminium mallen?

Geweldige functionele prestaties

Sommige prototypes hebben geen mechanische of functionele impact, terwijl andere gebruikt moeten worden. Pre-productie, hybride en functionele prototypes werken. Daarom heb je een goede kwaliteit en sterkte nodig. Aluminium is het metaal bij uitstek omdat het geweldige eigenschappen heeft.

Hogere hittebestendigheid

Aluminium prototypes kunnen beter tegen extreme temperaturen dan goedkopere opties zoals plastic. Het zal dus minder snel degraderen tijdens het productieproces.

Betere esthetiek

Of je nu 3D-printing of CNC-bewerkingstechnologie gebruikt, metalen prototypes zien er beter uit. En zelfs als niet-functioneel prototype ziet het er beter uit dan een plastic onderdeel.

Kosteneffectiviteit

Aluminium prototypes en metalen onderdelen zijn veel goedkoper dan kunststof onderdelen. Dit komt omdat de fysieke eigenschappen van metaal ervoor zorgen dat onderdelen minder vaak vervangen hoeven te worden. Dit verlaagt de productiekosten op lange termijn.

Nauwkeurigheid testen

Prototypes geproduceerd door processen zoals CNC-verspaning hebben een hoge precisie. Bovendien hebben aluminiumlegeringen een uitstekende kwaliteit en kunnen ze onderdelen voor marktinspectie produceren.

Meer geschikt voor massaproductie

Zodra ingenieurs een aluminium prototype hebben gemaakt, kunnen klanten het gebruiken voor productie. Het is gemakkelijker om van metalen prototypes eindproducten te maken. Als het prototype echter van kunststof is, kan het niet worden omgezet naar metaal voor massaproductie.

Wat zijn de beperkingen van aluminium mallen?

Beperkte levensduur

Door de zachtere aard hebben aluminium mallen een beperkte levensduur, vooral wanneer ze onder hoge druk vervormingsprocessen of schurende materialen ondergaan.

Hittebestendigheid

Aluminium heeft een lagere hittebestendigheid. Deze beperking kan de soorten materialen beperken die gebruikt kunnen worden tijdens het spuitgietproces, omdat sommige materialen hogere temperaturen vereisen dan aluminium aankan.

Het verschil tussen 3D printen en aluminium mallen

Wat zijn de verschillen tussen 3D printen en aluminium mallen?

Productie- en vormmethoden

De productie- en gietmethoden van de twee zijn verschillend. 3D printtechnologie is een technologie die gebruik maakt van zelfklevende materialen zoals metaal in poedervorm of kunststof om objecten laag voor laag te printen en te construeren. Het wordt gerealiseerd met behulp van een materiaalprinter met digitale technologie. Door beetje bij beetje te accumuleren en op te tellen, wordt het uiteindelijke werk geprint. Voor de productie van aluminium matrijzen wordt 3D-modelleringssoftware gebruikt om matrijstekeningen te maken en wordt het vormeffect bereikt door voortdurende aanpassingen.

Nauwkeurigheid van precisie

De precisienauwkeurigheid van de twee is verschillend. Bij de precisienauwkeurigheid van 3D printen spelen veel factoren een rol. De nauwkeurigheid van de 3D printer, de kwaliteit van de geselecteerde materialen en de nauwkeurigheid van de 3D modeltekeningen bepalen allemaal de nauwkeurigheid van het product. De precisienauwkeurigheid van aluminium mallen hangt voornamelijk af van de werkelijke behoeften van de gebruiker om de nauwkeurigheid te bevestigen.

Doorlooptijd

Doorlooptijd is de tijd tussen het begin van de matrijsontwikkeling en het moment dat het onderdeel klaar is voor productie. De ontwerpmethodes en berekeningen voor de twee matrijzen zijn eigenlijk verschillend, maar de productiefase is waar belangrijke veranderingen plaatsvinden.

Aluminium mallen worden gemaakt van aluminium vormstukken door middel van CNC-bewerking en nabewerking. In sommige gevallen is aanvullende elektrische ontladingsbewerking (EDM) nodig als de holte scherpe hoeken moet hebben die niet door frezen verkregen kunnen worden. Meestal is de verwerking voornamelijk mechanisch, is er geen warmtebehandeling nodig en zijn er bijna geen gespecialiseerde gereedschappen nodig. De gemiddelde aluminium mal wordt in 10 tot 15 dagen geproduceerd.

3D-geprinte mallen worden gemaakt met behulp van een additief fabricageproces waarbij metaal wordt gesinterd. Veel fijne metaalpoeders worden laag voor laag samengesinterd om de holte van een spuitgietmatrijs te vormen. Het grootste voordeel van dit proces is dat er weinig voorbereiding nodig is voor de productie en dat er geen gereedschap nodig is. De gemiddelde tijd om zo'n matrijs te maken is slechts 2-3 dagen.

Stabiliteit

Stabiliteit is eigenlijk hoeveel onderdelen een matrijs kan maken voordat hij te oud wordt. Belangrijk om te weten als je een batch van een product wilt maken.

Aluminium gereedschap wordt gemaakt van zachtere materialen, maar sommige aluminiumlegeringen zijn erg sterk. Dit betekent dat de mal tot 5000 onderdelen kan maken. Het gemiddelde is 100-2000 exemplaren.

3D-geprinte mallen zijn het slechtst voor de stabiliteit. Er zijn veel problemen met sinterkamers. Ze zijn poreus en niet zo sterk als een massieve vorm. Nu kunnen 3D-geprinte holtes batches van 50 tot 200 onderdelen maken.

Cyclustijd

Cyclustijd is de tijd die nodig is om één onderdeel te maken. Het is de som van de injectietijd, de koeltijd en de uitwerptijd. De injectietijd is de tijd die nodig is om de matrijs met kunststof te vullen. De koeltijd is de tijd die het plastic nodig heeft om af te koelen en te stollen. De uitwerptijd is de tijd die nodig is om het onderdeel uit de matrijs te halen.

Aluminium mallen hebben een cyclustijd van 44-70 seconden. Dit is behoorlijk indrukwekkend als we het over duizenden onderdelen hebben. 3D-geprinte mallen hebben een cyclustijd van 150-250 seconden.

Nauwkeurigheid van onderdelen en oppervlakteafwerking

De kwaliteit van het onderdeel is een van de belangrijkste factoren. Dit onderdeel zal immers dienen als integraal onderdeel van een groter mechanisme en kan worden gepresenteerd aan toekomstige investeerders. Het onderdeel moet er professioneel uitzien.

De nauwkeurigheid van aluminium spuitgietmatrijzen hangt alleen af van het vermogen om ze te bewerken en te polijsten. De nauwkeurigheid van 3D-geprinte mallen hangt echter af van het additieve productieproces. Bij AM worden materialen gesmolten en gekoeld en thermische vervorming kan de nauwkeurigheid aanzienlijk verminderen. Moderne technologie kan stalen en aluminium matrijsholtes produceren met toleranties tot IT6 en 3D-geprinte matrijzen met toleranties tot IT9.

Flexibiliteit

Flexibiliteit is cruciaal bij pre-productie prototypes als je alleen test hoe het uiteindelijke product eruit zal zien en zal werken. Zodra je de eerste prototypes hebt gemaakt met bepaalde materialen, moet je de materialen die je in eerste instantie hebt gekozen voor je product testen, evenals je productieprocedures.

Meestal kom je problemen tegen waardoor je het ontwerp moet aanpassen. Bijvoorbeeld, tijdens het uitvoeren van tests werden enkele defecten ontdekt of het injectieproces resulteerde in poreuze onderdelen. Op dat moment wil je zowel het ontwerp als de matrijs aanpassen. Verschillende matrijsmaterialen hebben verschillende flexibiliteit

Aluminium mallen zijn gemaakt van zachtere materialen en hun holtes worden meestal gemaakt als losse onderdelen die in de malbasis passen. Daarom is het veel gemakkelijker om de holte te verwijderen en aanpassingen te doen.

Het aanpassen van 3D-geprinte mallen is moeilijk omdat daarvoor delen van de holte bewerkt moeten worden en de oppervlakteafwerking ongelijk zal zijn omdat machinale bewerking een betere oppervlakteafwerking oplevert. Het is eenvoudiger om de mal volledig opnieuw te maken, wat niet veel tijd kost, maar het brengt wel de ongewenste extra kosten van prototyping en tests voorafgaand aan series met zich mee.

Conclusie

3D printen werd oorspronkelijk ontwikkeld als een methode voor rapid prototyping, ook wel additive manufacturing genoemd, maar heeft zich ontwikkeld tot een echt productieproces. Met 3D-printers kunnen ingenieurs en bedrijven gelijktijdig prototypes en eindproducten maken, wat aanzienlijke voordelen biedt ten opzichte van traditionele productieprocessen.

Samengevat zijn de belangrijkste verschillen tussen 3D-geprinte mallen en aluminium mallen onder andere verschillende productiemethoden, verschillende nauwkeurigheid van de sterkte, verschillende doorlooptijden, verschillende stabiliteit, verschillende productietijden, verschillende onderdeelnauwkeurigheid en oppervlakteafwerking, en verschillende flexibiliteit.