Jakie są zalety drukowania 3D form wtryskowych do małych serii?

Wprowadzenie: formowanie wtryskowe jest wszechobecne. Większość dzisiejszych wyrobów z tworzyw sztucznych powstaje właśnie tą metodą. Doskonale nadaje się do produkcji masowej, ale tradycyjna metalowa forma wtryskowa obrabiana CNC jest kosztowna, a jej wykonanie przy produkcji małoseryjnej trwa długo.

W przypadku prototypowania i produkcji małoseryjnej (około 10-1000 części), formy wtryskowe drukowane w 3D są rozwiązaniem oszczędzającym czas i opłacalnym. Pozwalają również na bardziej elastyczne metody produkcji, dzięki czemu inżynierowie i projektanci mogą testować projekty form, łatwo wprowadzać zmiany, a następnie iterować projekty szybciej i znacznie taniej niż w przypadku tradycyjnej obróbki CNC.

Oto szczegółowe wyjaśnienie zalet drukowania 3D małych partii form wtryskowych z pięciu aspektów: czym jest drukowanie 3D, wady drukowania 3D, zalety drukowania 3D, typowe przykłady drukowania 3D małych partii i wyzwania związane z drukowaniem 3D.

Czym jest druk 3D?

Druk 3D to metoda produkcji addytywnej, która bezpośrednio generuje obiekty z danych 3D CAD warstwa po warstwie, dodając określoną ilość materiału. Podstawowy proces formowania przebiega od modelu CAD do formowania akumulacyjnego i ostatecznie do produktu. Cały proces produkcji podlega konwersji trójwymiarowej, dwuwymiarowej i trójwymiarowej.

Jakie są zalety druku 3D w produkcji małoseryjnej?

Technologia druku 3D jest procesem niezależnej innowacji w branży. Wraz z rozwojem jej wartość będzie stopniowo coraz bardziej widoczna, a przestrzeń rozwoju rynkowego jest ogromna. Z pewnością stanie się jednym z wielu przełomów wyznaczających przyszłość przemysłu wytwórczego i zasługuje na uwagę każdego specjalisty od formowania wtryskowego.

Mój kraj produkuje około 20% światowych wyrobów z tworzyw sztucznych. Formy są niezbędne do masowej produkcji wyrobów z tworzyw sztucznych. Jednak tradycyjne opracowywanie form wymaga czasu i inwestycji przed uzyskaniem wystarczającej weryfikacji produkcji próbnej i reakcji rynku. Jest to sprzeczne z elastycznymi i szybkimi wytycznymi rynkowymi zalecanymi przez obecną zwinną produkcję.

Odkąd technologia druku 3D jest szeroko stosowana w przemyśle, dojrzała w ciągłych badaniach, gdy jest używana do próbnej produkcji form. Ma ona wiele zalet w produkcji małoseryjnej:

Dowolnie złożona geometria

Tak długo, jak istnieje cyfrowy model 3D, w tym wszelkie rysunki CAD, takie jak CATIA, UG, CREO itp., po przekonwertowaniu na pliki STL, technologia druku 3D jest bardzo wygodna do drukowania modeli o wysokiej precyzji, eliminując proces produkcji narzędzi i osprzętu oraz bezpośrednio przetwarzając produkt, rozwiązując problem Oszczędza również materiały i skraca czas, który jest trudny do rozwiązania w procesie produkcyjnym. Według profesjonalnych statystyk, koszt rozwoju nowego produktu jest zredukowany do 1/3-1/5 tradycyjnych metod.

Użyj drukarki 3D do wydrukowania komponentów formy zaprojektowanych za pomocą oprogramowania CAD, a następnie zweryfikuj racjonalność konstrukcji poprzez rzeczywisty montaż, ułatwiając omówienie i dostosowanie dokładności, procesu i żywotności formy.

Znacznie szybsza i tańsza niż tradycyjna produkcja form metalowych; wiele wersji form może być drukowanych w tym samym czasie; większe możliwości zastosowania, odpowiednie dla producentów outsourcingowych; wewnętrzne rozwiązanie zapobiegające wyciekowi danych i chroniące prawa własności intelektualnej; części formowane wtryskowo są tej samej jakości.

W rzeczywistości, w niektórych przypadkach, metalowe formy drukowane 3D mogą być droższe i trwać dłużej niż tradycyjne formy metalowe. Nie chodzi o to, że produkcja form jest korzystniejsza, ale o to, że bardziej ekonomiczne jest wytwarzanie całego produktu przy użyciu form drukowanych w 3D.

Krótko mówiąc, drukowanie 3D form plastikowych przy użyciu plastikowej (lub polimerowej) drukarki 3D w połączeniu z mocnymi i odpornymi na temperaturę materiałami pozwala firmom na tworzenie własnych form wtryskowych we własnym zakresie lub znalezienie usługodawcy, który szybko je zamówi.

Plastikowe formy drukowane 3D mogą być używane w małych ilościach części (100 lub 10,00, w zależności od materiału) i kosztują 90% mniej niż formy metalowe. Jeśli budżet jest ograniczony, a czas realizacji krótki, preferowaną metodą produkcji form jest drukowanie 3D z tworzyw sztucznych w małych ilościach.

Znaczna oszczędność czasu produkcji próbnej produktu i formy

W przypadku małych form, koszt i cykl nie są łatwe do zadowolenia klientów. W przypadku niektórych konsumenckich produktów elektronicznych cykl wprowadzania na rynek poważnie wpływa na zyski z produktu. Wykorzystanie druku 3D do tworzenia form jest niezwykle opłacalne. Czas produkcji zależy tylko od wielkości i złożoności obiektu. Drukarka 3D może wyprodukować część lub silikonową formę do weryfikacji produktu w czasie od 2 do 24 godzin, co jest zdecydowanie lepszym wynikiem w porównaniu do formowania wtryskowego i tłoczenia.

Druk 3D jest szczególnie przydatny do testowania wyglądu i montażu. Jeśli nie jesteś zadowolony z wczesnego projektu, wystarczy dostosować plik STL i ponownie wydrukować 3D, co może przyspieszyć produkcję modelu i umożliwić szybką iterację projektu. Ponadto wykorzystanie druku 3D do produkcji małych partii nowych produktów w celu zbadania rynku i wykorzystania druku 3D do wymiany niektórych części może również obniżyć koszty opracowania formy.

Taka sama jakość jak form obrabianych maszynowo; możliwość wykonania konformalnych kanałów chłodzących; mniejsze zużycie surowców i krótszy czas niż w przypadku form obrabianych; możliwość jednoczesnego drukowania wielu wersji formy; szersze możliwości zastosowania, odpowiednie dla producentów zewnętrznych; zapobieganie wyciekom danych jako rozwiązanie wewnętrzne chroniące własność intelektualną; części formowane wtryskowo mają taką samą jakość.

W porównaniu z tradycyjnymi formami do obróbki, zaletami form do druku 3D są szybkość, oszczędność kosztów i materiałów, a konstrukcja jest bardziej elastyczna. Biorąc za przykład metalowe formy do druku 3D, być może w przeszłości korzystały z nich tylko średnie i duże przedsiębiorstwa, ale obecnie używają ich również małe i średnie fabryki form. To tylko kwestia czasu, zanim technologia ta stanie się popularna.

Krótko mówiąc, druk 3D, znany również jako wytwarzanie przyrostowe, pomaga tym firmom szybciej i taniej niż w procesach tradycyjnych wykonywać lepsze formy i oprzyrządowanie do formowania wtryskowego. Można powiedzieć, że formy drukowane w 3D zmieniają reguły gry w branży produkcji form.

Zapewnia najwyższe standardy jakości

Na przykład, jeśli produktem końcowym jest produkt silikonowy i używana jest forma wydrukowana w 3D, silikon nie będzie kolidował z plastikową formą ani powodował reakcji chemicznej. Jedyną rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę, jest temperatura topnienia tworzywa sztucznego. Niektóre materiały są nawet odporne na ciepło, dzięki czemu idealnie nadają się do form do drukowania 3D, a części silikonowe mogą mieć wyjątkowo gładkie powierzchnie i wiele szczegółów. Formy drukowane w 3D są również wytrzymałe i mogą być z łatwością używane wielokrotnie, co czyni je doskonałym rozwiązaniem usprawniającym proces produkcji.

Odlewanie jest popularną metodą tworzenia form, a teraz druk 3D może być wykorzystywany do tworzenia metalowych części produkowanych z form piaskowych. Gdy druk 3D jest używany w tym scenariuszu, efekt powierzchni wydrukowanego modelu będzie bardzo drobny, a precyzyjny kształt projektu zostanie pozostawiony w piasku, aby stworzyć precyzyjne produkty metalowe.

Przykładowo wyroby jubilerskie produkuje się głównie metodą odlewania precyzyjnego: druk 3D służy do wykonania modeli woskowych, które następnie pokrywa się materiałem ceramicznym, tworząc skorupę, i wypala w celu uzyskania wnęki formy. Na końcu do wnęki wlewa się wymagany ciekły metal, uzyskując gotowy wyrób. Typowe przykłady form wtryskowych do produkcji małoseryjnej wykonanych metodą druku 3D.

Zetar Mold: Firma zajmująca się formowaniem wtryskowym z siedzibą w Szanghaju w Chinach, świadcząca usługi szybkiego otwierania form i formowania wtryskowego małych partii. W ciągu ostatnich kilku lat wzrosło zapotrzebowanie na tradycyjnie niskonakładową produkcję. Obecnie Zetar Mold wykorzystuje żywicę xPEEK147 z drukarką 3D Nexa3D NXE 400 do produkcji wkładek do form, które są następnie montowane z komponentami z tradycyjnych form metalowych.

Kompletny zestaw form można wyprodukować w ciągu 12 godzin, z czego 8 godzin wykorzystuje się na drukowanie 3D, a 4 godziny na obróbkę końcową lub utwardzanie. Czas opracowania prototypu formy został skrócony z 4 tygodni do 48 godzin.

Dodatkowo, koszt każdego zestawu form może zostać zredukowany z $10,000 do $350. Te produkowane hybrydowo formy mogą wyprodukować ponad 1000 butelek bez awarii przy oszczędności kosztów do 96% w porównaniu z tradycyjnymi formami metalowymi. W przypadku tradycyjnego formowania wtryskowego największym kosztem jest produkcja formy. Tylko poprzez masową produkcję i sprzedaż produktów można odzyskać koszty produkcji formy.

Jeśli produkt ma krótki cykl życia lub niski popyt, inwestowanie w narzędzia do obróbki skrawaniem może nie mieć sensu finansowego. W takiej sytuacji lepszym wyborem może być wytwarzanie form za pomocą druku 3D. W ramach kontroli kosztów producenci mogą rozszerzyć zakres produktów o personalizację lub produkcję małoseryjną, która wcześniej nie była ekonomicznie wykonalna.

Lepszą opcją może być więc tworzenie form za pomocą druku 3D. Elastyczność technologii druku 3D pozwala na innowacje i personalizację, które wcześniej były trudne do osiągnięcia. Umożliwia ona testowanie złożonych prototypów bez konieczności stosowania tradycyjnych form. Ryzyko związane z kosztownymi renowacjami

Szybko rozwijająca się i wysoce konkurencyjna branża formowania wtryskowego jest warta setki miliardów dolarów, dlatego producenci szukają bardziej wydajnych i tańszych sposobów, aby wyprzedzić konkurencję.

Jakie są wady druku 3D?

Formy z tworzyw sztucznych mają zwykle niższą przewodność cieplną niż metalowe, co wydłuża chłodzenie części formowanych wtryskowo; zużywają się szybciej; mogą wymagać późniejszej obróbki w celu osiągnięcia wymaganej dokładności; mają też ograniczone wymiary.

Może trwać dłużej i kosztować więcej niż obróbka skrawaniem; wymaga więcej czasu na wstępne projektowanie i wymaga wyższych umiejętności; obróbka po obróbce może być nadal wymagana w celu spełnienia wymagań dotyczących dokładności; rozmiary form są ograniczone.

Jakie są wyzwania związane z drukiem 3D?

Oblicz wartość swojej inwestycji: Producenci form często znajdują się pod silną presją ze strony klientów, aby budować formy po najniższej cenie. Producenci form muszą zatem dokładnie obliczyć wartość dodatkowej inwestycji i przedstawić ją klientowi końcowemu.

Integracja z tradycyjnymi procesami produkcji form: Ostatnią rzeczą, która ogranicza zastosowanie technologii druku 3D z metalu w dziedzinie form, jest brak rozwiązania umożliwiającego jej płynną integrację z tradycyjnymi liniami produkcyjnymi. Jest to również kluczowe wyzwanie dla zastosowania druku 3D w produkcji form.

Wyzwania związane z samą technologią druku 3D: Podczas drukowania 3D wkładek do form trzeba mieć bardzo stabilny proces drukowania, aby produkować części o dużej gęstości: w ten sposób uzyskuje się doskonałe wykończenie powierzchni po obróbce końcowej. Są to najtrudniejsze aspekty samej technologii druku 3D. wymagania.

Wnioski

W miarę dojrzewania technologii druku 3D i spadku kosztów pojawia się coraz więcej przypadków wykonywania całych form metodą druku 3D. Dotyczy to zwłaszcza branży elektroniki użytkowej, w której wyroby formowane wtryskowo szybko się zmieniają, np. telefony komórkowe i inteligentne urządzenia noszone. Druk 3D nie zastępuje tradycyjnych metod produkcji. Uzupełnia je, rozwiązując ich ograniczenia. Zastosowanie druku 3D w formach wtryskowych jest stosunkowo dojrzałe.

Główne zalety druku 3D to opłacalność, większa szybkość produkcji, elastyczność i złożoność projektu, zmniejszone ryzyko, materiały i zrównoważony rozwój, wytrzymałość i trwałość, zmniejszona ilość odpadów, dostępność i szybkie prototypowanie. Główne zastosowania to urządzenia medyczne: motoryzacyjne towary konsumpcyjne: lotnictwo i kosmonautyka: edukacja i badania.

Technologia druku 3D jest przejawem samodzielnych innowacji w branży. Wraz z jej rozwojem wartość tej technologii będzie coraz wyraźniejsza, a przestrzeń rynkowa pozostaje ogromna. Z pewnością stanie się jednym z przełomów kształtujących przyszłość produkcji i zasługuje na uwagę każdego specjalisty od formowania wtryskowego.

Uzyskaj konkurencyjną wycenę, informacje zwrotne DFM i harmonogram produkcji od zespołu inżynierskiego ZetarMold.

Poproś o bezpłatną wycenę → Zobacz nasz Kompletny przewodnik po formowaniu wtryskowym, aby uzyskać pełny przegląd.