Введение: Приблизительно 80% пластиковых деталей изготавливается с помощью литья пластмасс под давлением. Литье под давлением долгое время считалось единственным процессом массового производства. С развитием промышленных технологий быстрое литье под давлением не является единственным методом разработки пресс-форм.

Системы CAD/CAM/CAE сокращают время проектирования и проверки. Кроме того, появились новые разновидности пресс-форм. Алюминиевые пресс-формы для литья под давлением и пресс-формы для 3D-печати конкурируют за рынок производства. В чем разница между ними? Какая пресс-форма сделает ваш продукт более эффективным?

Конечно, вы хотите делать прототипы быстрее, дешевле и выглядеть как можно лучше. Давайте сравним, что такое алюминий и чем отличаются 3D-печатные литьевые формы.

3D-печатные формы

Что такое 3D-печатная форма?

3D-печать - это процесс использования цифровых файлов для создания трехмерных объектов. Сначала компьютерное 3D-программное обеспечение нарезает детали на цифровые слои. На платформе механизм подачи наносит материал в соответствии с цифровыми слоями в заданном диапазоне, а источник тепла корректирует форму. Полученные данные обрабатываются для создания модели путем непрерывного добавления материала.

Какие материалы используются в пресс-формах для 3D-печати?

Материалы для 3D-печати очень важны для технологии 3D-печати. Именно материалы делают 3D-печать возможной. В настоящее время основными материалами, используемыми в 3D-печати, являются инженерные пластики, светочувствительные смолы, резиновые материалы, металлические материалы и керамические материалы. Также в 3D-печати используются пищевые материалы, такие как цветной гипс, искусственная костная мука, клеточное биологическое сырье и сахар.

Эти материалы созданы специально для машин и процессов 3D-печати. Они не похожи на обычные пластики, гипс, смолы и т. д. Они выпускаются в различных формах: порошок, нить, лист, жидкость и т. д. Размер частиц порошковых материалов, используемых в 3D-печати, обычно составляет от 1 до 100 микрометров, в зависимости от типа принтера и условий печати. Порошок должен быть очень круглым, чтобы он хорошо растекался.

Каковы преимущества использования 3D-печатных форм?

  Гибкость конструкции

При 3D-печати вам не нужно беспокоиться о таких вещах, как приспособления и вмешательство инструмента. Вы можете проектировать функциональные детали, включая конвекционные каналы, интегрированные структуры и сложные элементы. Вы также можете оптимизировать форму, чтобы уменьшить вес, упростить производство, улучшить использование материалов, решить проблемы с труднообрабатываемыми деталями, решить проблемы с деформацией после обработки и создать формы, которые невозможно сделать традиционными методами.

Экономика мелкосерийного производства

Для 3D-печати не нужны пресс-формы, и она не требует зажима. Вам не нужно делать много деталей, чтобы платить за дорогие пресс-формы. Можно сделать несколько деталей или даже одну. Экономичность малосерийного производства позволяет снизить стоимость изменений в конструкции при разработке гражданских самолетов.

Хорошая предсказуемость производства

Вы можете предсказать, сколько времени займет 3D-печать детали и насколько она деформируется, основываясь на дизайне. Вы можете прогнозировать и корректировать деформацию, изменяя модель дизайна. По мере совершенствования технологии 3D-печати и вспомогательных технологий вы сможете контролировать время 3D-печати детали, качество и точность детали. Это означает, что вы можете измерять и контролировать форму детали при проектировании и изготовлении гражданского самолета с помощью 3D-печати.

Уменьшить объем сборки.

Использование 3D-печати для изготовления интегрированных деталей заменяет изделия, которые необходимо собирать из множества деталей. Это избавляет от необходимости транспортировки, сборки, установки крепежа, сварки и других процессов, связанных с изготовлением нескольких деталей. Это также снижает стоимость изготовления деталей за счет устранения избыточных производственных линий.

Быстрое изготовление

На ранней стадии проектирования самолетов обычно проходит всего несколько десятков часов с момента создания 3D-модели на компьютере до получения физической детали. Вам не нужно ждать, пока будет изготовлена пресс-форма. Это означает, что вам не придется ждать изготовления новой пресс-формы, если вы измените форму детали. Вы можете быстрее вносить изменения в конструкцию детали и быстрее изготавливать новые детали.

Какие проблемы возникают при использовании 3D-печати для изготовления пресс-форм?

Точность

Если точность 3D-печатной формы невысока, на поверхности останутся слои, которые повлияют на использование формы. Впоследствии для удаления этих слоев потребуется механическая обработка или пескоструйная обработка.

Материальные ограничения

Технически метод послойного изготовления деталей из материалов отличается от традиционной ковки или литья. Микроструктура, типы дефектов, остаточные напряжения, возможность контроля, требования к последующей обработке, а также конструкционные характеристики и долговечность получаемых материалов отличаются от традиционных методов.

Для сложных деталей расчетные значения материала могут не отражать реальные характеристики конструкции, поэтому необходимо проверить, что материал и процесс совместно влияют на характеристики конструкции, с помощью структурных испытаний выше уровня тестового образца.

Ограниченное обнаружение дефектов

Процесс производства 3D-печати сложен для управления. В нем используются процессы послойного производства и послойного изготовления. Качество соединений между слоями не может быть таким же равномерным, как у прецизионных кованых деталей.

Технология 3D-печати ограничена присущими ей принципами формования. Детали, изготовленные с помощью технологии 3D-печати, особенно металлические, имеют внутренние производственные дефекты, в основном включающие пустоты, микротрещины, плохое плавление и другие дефекты.

Размер этих дефектов обычно составляет менее 20 мкм, что меньше порога общих методов неразрушающего контроля, и эти дефекты являются источниками зарождения трещин, серьезно влияющих на усталостные характеристики конструкции. Контроль точности затруднен В процессе 3D-печати существует множество факторов, влияющих на качество процесса, от программного и аппаратного обеспечения самого оборудования до формовочных материалов и процессов формования.

Как показывает инженерная практика, ключевыми факторами, влияющими на точность 3D-печати, являются механическое управление, обработка данных модели, характеристики материала и управление параметрами формования. Эти факторы контролируют количество добавляемого материала, размер устройства 3D-печати и точность движения системы, которые определяют точность детали в направлении накопления и минимальную возможность изготовления детали.

Повышение точности 3D-печати требует уменьшения количества добавляемого материала, управления размерами устройства 3D-печати и повышения точности перемещения системы. Однако эти возможности сложно усовершенствовать в рамках краткосрочных исследований.

Алюминиевые формы

Каковы характеристики алюминиевых пресс-форм?

Основными характеристиками алюминиевых форм являются малый вес, высокая несущая способность и высокая оборачиваемость. В процессе строительства они отличаются высоким качеством, точностью, стабильностью, простотой установки и коротким сроком строительства, что позволяет экономить средства.

Их недостатки: отсутствие возможности обслуживания и настройки на месте, а также необходимость полной настройки. Они плохо адаптируются к структурным изменениям, и стоимость проектов с большим количеством изменений высока. При некачественной обработке поверхности алюминиевый сплав вступает в химическую реакцию с бетоном, что негативно сказывается на его внешнем виде. Крепежные элементы алюминиевых форм могут противоречить схеме трубопровода.

Каковы преимущества алюминиевых пресс-форм?

Отличные функциональные характеристики

Некоторые прототипы не имеют никакого механического или функционального воздействия, в то время как другие необходимо использовать. Работают предсерийные, гибридные и функциональные прототипы. Поэтому вам нужно хорошее качество и прочность. Алюминий - самый подходящий металл, потому что он обладает отличными свойствами.

Повышенная термостойкость

Алюминиевые прототипы лучше переносят экстремальные температуры, чем более дешевые варианты, такие как пластик. Поэтому у них меньше шансов разрушиться в процессе производства.

Лучшая эстетика

Независимо от того, используете ли вы 3D-печать или технологию обработки на станках с ЧПУ, металлические прототипы выглядят лучше. Кроме того, даже нефункциональный прототип выглядит лучше, чем пластиковая деталь.

Экономическая эффективность

Алюминиевые прототипы и металлические детали намного дешевле пластиковых. Это объясняется тем, что физические свойства металла снижают частоту замены деталей. Это снижает производственные затраты в долгосрочной перспективе.

Точность испытаний

Прототипы, изготовленные с помощью таких процессов, как обработка на станках с ЧПУ, обладают высокой точностью. Кроме того, алюминиевые сплавы обладают отличным качеством и позволяют производить детали для рыночного контроля.

Больше подходит для массового производства

Как только инженеры создадут алюминиевый прототип, заказчики смогут использовать его в производстве. Металлические прототипы легче превратить в готовые изделия. Однако если прототип изготовлен из пластика, его нельзя переделать в металл для массового производства.

Каковы ограничения алюминиевых пресс-форм?

Ограниченный срок службы

Из-за своей мягкой природы алюминиевые формы имеют ограниченный срок службы, особенно если они подвергаются процессам формования под высоким давлением или воздействию абразивных материалов.

Термостойкость

Алюминий обладает меньшей термостойкостью. Это ограничение может привести к ограничению типов материалов, которые могут быть использованы в процессе формовки, поскольку некоторые материалы требуют более высоких температур, чем те, которые может выдержать алюминий.

Разница между 3D-печатью и алюминиевыми пресс-формами

В чем разница между 3D-печатью и алюминиевыми формами?

Методы изготовления и формовки

Методы производства и формовки отличаются друг от друга. Технология 3D-печати - это технология, использующая клейкие материалы, такие как порошкообразный металл или пластик, для печати и создания объектов слой за слоем. Она реализуется с помощью цифрового принтера. Накапливая и складывая слой за слоем, печатается конечная работа. Для изготовления алюминиевых пресс-форм используется программное обеспечение для 3D-моделирования, которое позволяет нарисовать чертежи пресс-форм, а эффект формовки достигается путем непрерывной корректировки.

Точность точности

Точность этих двух технологий различна. Точность 3D-печати зависит от многих факторов. Точность 3D-принтера, качество выбранных материалов и точность чертежей 3D-модели определяют точность изделия. Точность алюминиевых пресс-форм в основном зависит от реальных потребностей пользователя, чтобы подтвердить точность.

Время выполнения заказа

Время выполнения заказа - это время между началом разработки пресс-формы и моментом готовности детали к производству. Методы проектирования и расчеты для двух пресс-форм фактически отличаются, но на этапе изготовления происходят существенные изменения.

Алюминиевые пресс-формы изготавливаются из алюминиевых заготовок с помощью операций обработки и доводки на станках с ЧПУ. В некоторых случаях требуется дополнительная электроэрозионная обработка (EDM), если полость должна иметь острые углы, которые невозможно получить фрезерованием. Обычно обработка носит преимущественно механический характер, не требуется термообработка и практически нет необходимости в специализированных инструментах. Средняя алюминиевая пресс-форма изготавливается за 10 - 15 дней.

3D-печатные формы создаются с помощью процесса аддитивного производства методом спекания металла. Множество мелких металлических порошков спекаются слой за слоем, образуя полость литьевой формы. Основное преимущество этого процесса заключается в том, что он не требует особой подготовки производства и не требует инструментов. Среднее время создания такой пресс-формы составляет всего 2-3 дня.

Стабильность

Стабильность - это то, сколько деталей может изготовить пресс-форма, прежде чем она станет слишком старой. Это важно знать, если вы хотите изготовить партию изделий.

Алюминиевые инструменты изготавливаются из более мягких материалов, но некоторые алюминиевые сплавы очень прочные. Это означает, что пресс-форма может производить до 5 000 деталей. В среднем это 100-2000 экземпляров.

3D-печатные формы хуже всего сохраняют стабильность. Существует множество проблем с камерами для спекания. Они пористые и не такие прочные, как цельные заготовки. Сейчас 3D-печатные формы позволяют изготавливать партии от 50 до 200 деталей.

Время цикла

Время цикла - это время, необходимое для изготовления одной детали. Оно складывается из времени впрыска, времени охлаждения и времени выталкивания. Время впрыска - это время, необходимое для заполнения формы пластиком. Время охлаждения - это время, необходимое для охлаждения и застывания пластика. Время выталкивания - это время, необходимое для извлечения детали из формы.

Время цикла изготовления алюминиевых пресс-форм составляет 44-70 секунд. Это довольно впечатляюще, если речь идет о тысячах деталей. Время цикла 3D-печатных форм составляет 150-250 секунд.

Точность деталей и обработка поверхности

Качество деталей - один из самых важных факторов. Ведь эта деталь будет служить неотъемлемой частью большого механизма и может быть представлена будущим инвесторам. Деталь должна выглядеть профессионально.

Точность алюминиевых пресс-форм для литья под давлением зависит только от возможности их обработки и полировки. Однако точность 3D-печатных форм зависит от процесса аддитивного производства. АМ включает в себя плавление и охлаждение материалов, и тепловая деформация может значительно снизить точность. Современные технологии позволяют изготавливать стальные и алюминиевые полости пресс-форм с допусками до IT6, а также 3D-печатные формы с допусками до IT9.

Гибкость

Гибкость очень важна для предпроизводственных прототипов, когда вы только проверяете, как будет выглядеть и работать конечный продукт. После создания прототипа с использованием определенных материалов вам нужно будет протестировать материалы, которые вы изначально выбрали для своего продукта, а также протестировать производственные процедуры.

Чаще всего вы сталкиваетесь с проблемами, которые заставляют вас вносить изменения в конструкцию. Например, во время испытаний были обнаружены некоторые дефекты или в процессе впрыска образовались пористые детали. Именно тогда вы захотите изменить как конструкцию, так и пресс-форму. Различные материалы для пресс-форм обладают разной гибкостью

Алюминиевые пресс-формы изготавливаются из более мягких материалов, а их полости, как правило, производятся в виде отдельных частей, которые помещаются в основание пресс-формы. Таким образом, полости гораздо проще извлекать и корректировать.

Модифицировать 3D-печатные формы сложно, поскольку для этого необходимо обрабатывать части полости, а обработка поверхности будет неравномерной, так как механическая обработка обеспечивает лучшее качество поверхности. Проще полностью переделать форму, что не займет много времени, но повлечет за собой нежелательные дополнительные расходы на создание прототипа и предсерийные испытания.

Заключение

Изначально созданная как метод быстрого прототипирования, также известный как аддитивное производство, 3D-печать превратилась в настоящий производственный процесс. 3D-принтеры позволяют инженерам и компаниям одновременно производить прототипы и конечные продукты, предлагая значительные преимущества по сравнению с традиционными производственными процессами.

В целом, основные различия между 3D-печатными формами и алюминиевыми формами включают в себя разные методы изготовления форм, разную точность прочности, разное время выполнения заказа, разную стабильность, разное время изготовления, разную точность деталей и обработки поверхности, а также разную гибкость.