Önsöz: Hızla büyüyen ve son derece rekabetçi olan enjeksiyon kalıplama endüstrisi yüz milyarlarca dolar değerinde olup, üreticileri eğrinin önünde kalmak için daha verimli ve daha düşük maliyetli yöntemler aramaya sevk etmektedir. Katmanlı üretim olarak da bilinen 3D baskı, üreticilerin geleneksel süreçlerden daha hızlı ve daha ucuza daha iyi enjeksiyon kalıpları ve takımlar oluşturmasına yardımcı olur. Bu makale esas olarak kalıplar için neden 3D baskıyı seçmeniz gerektiğini açıklamaktadır.

3D Baskı Metal Kalıpların Avantaj ve Dezavantajları

Metal Kalıpların 3D Baskısı Nasıl Yapılır?

3D baskı, mevcut malzeme yelpazesini genişletir, katmanlar oluşturmak için lazer sinterleme kullanır ve CAD çizimini nihai üç boyutlu ürüne dönüştürür.

3D Tanımlı Metal Kalıpların Avantajları Nelerdir?

Kalıp Tasarımındaki Gelişmeler Son Ürünlere Daha Fazla İşlevsellik Katıyor

Metal 3D baskıda kullanılan özel metalürjik yöntem, metal mikro yapısını geliştirebilir ve tamamen yoğun basılı parçalar oluşturabilir. Bu yöntem, karmaşık ürün işlevlerinin entegrasyonuna olanak tanıyarak, son derece işlevsel son ürünlerin daha az kusurla daha verimli bir şekilde üretilmesini kolaylaştırır.

Örneğin, enjeksiyonla kalıplanmış bir parçanın kalitesi, enjekte edilen malzeme ile kalıp fikstüründe dolaşan soğutma sıvısı arasındaki ısı transferi koşullarından büyük ölçüde etkilenir. Geleneksel üretim süreçleri genellikle soğutma malzemesi için düz kanallara sahiptir ve bu da kalıplanmış parça üzerinde daha yavaş ve düzensiz bir soğutma etkisine yol açar.

Buna karşılık, 3D baskı, istenen herhangi bir şekilde soğutma kanallarının oluşturulmasına olanak tanıyarak daha optimize ve homojen olan konformal soğutma sağlar. Bu da daha yüksek kalitede parçalar ve daha düşük hurda oranlarıyla sonuçlanır. Ayrıca, hızlandırılmış ısı dağılımı enjeksiyon kalıplama döngü süresini önemli ölçüde azaltır, çünkü soğutma tipik olarak tüm döngü süresinin 70%'sine kadarını oluşturur.

Araçları Daha Ergonomik Olacak ve Minimum Performansı İyileştirecek Şekilde Optimize Edin

3D baskı, daha fazla sayıda hareketli ve sabit fikstürün oluşturulmasını sağlayarak üretimde karşılanmamış ihtiyaçları karşılamak için yeni araçların doğrulanması engelini önemli ölçüde azaltır. Tarihsel olarak, aletler ve ilgili cihazlar, yeniden tasarlanmaları ve üretilmeleri için gereken önemli masraflar ve çabalar göz önüne alındığında, uzun ömürlülüğü en üst düzeye çıkaracak şekilde tasarlanmıştır.

Şirketler, 3D baskı teknolojisini kullanarak, yalnızca gereksinimleri karşılamadığı için atılanları değil, herhangi bir aracı herhangi bir noktada yenileme esnekliğine sahip olurlar.

Minimum zaman ve ilk yatırım gerektiren 3D baskı, üstün marjinal performans için aletleri geliştirmeyi daha uygun maliyetli hale getirir. Sonuç olarak, teknisyenler operasyonel konforu artırmak, işlem süresini kısaltmak ve kullanıcı dostu olma ve depolama kolaylığını geliştirmek için tasarımlarında ergonomi gibi hususlara öncelik verebilirler. Bu geliştirmeler montaj işlem süresinde yalnızca marjinal bir azalmaya neden olsa da, kümülatif etki küçümsenmemelidir.

Buna ek olarak, kalıp tasarımının optimize edilmesi parçaların hurda oranını da azaltabilir. İşlenmiş kalıplarla aynı kalite; konformal soğutma kanalları yapabilir; daha az hammadde kullanır ve işlenmiş kalıplardan daha hızlıdır; tek seferde birden fazla kalıp versiyonu yazdırabilir; daha yüksek uygulama seçeneklerine sahiptir, dış kaynak üreticileri için uygundur; Veri sızıntısını önler, fikri mülkiyeti korumak için dahili çözüm; enjeksiyon kalıplı parçalar aynı kaliteye sahiptir.

Daha kısa üretim döngüleri, daha karmaşık geometriler üretme yeteneği ve daha düşük nihai üretim maliyetleri, şirketlerin özelleştirilmiş parçaların üretimini desteklemek için çok sayıda kişiselleştirilmiş araç oluşturmasına olanak tanır.

Özel kalıplar nihai ürünün özelleştirilmesine yardımcı olur ve 3D baskı kalıpları, tıbbi ekipman ve tıp endüstrisi gibi özelleştirilmiş üretim için çok faydalıdır. Cerrahlara cerrahi kılavuzlar ve aletler gibi 3D baskılı kişiselleştirilmiş aletler sağlayarak cerrahi sonuçları iyileştirmelerine ve cerrahi süreyi azaltmalarına olanak tanıyabilir.

3D Baskı Metal Kalıpların Dezavantajları Nelerdir?

Talaşlı imalattan daha uzun sürebilir ve daha maliyetli olabilir; daha fazla ön tasarım süresi gerektirir; ve daha yüksek beceriler gerektirir. Doğruluk gerekliliklerini karşılamak için işleme sonrası işleme hala gerekli olabilir ve kalıp boyutları sınırlıdır. En yaygın kullanılan malzemeler paslanmaz çelik ve takım çeliğidir.

3D Baskı Metal Kalıplarının Tipik Örnekleri Nelerdir?

Bridgestone

Yüksek kaliteli dört mevsim lastikler yaratmak. Geleneksel olarak lastik kalıpları, şeritlerin ve metal blokların belirli bir düzende temel bir kalıba elle tutturulmasıyla hazırlanırdı. Basit geometrilere sahip metal bileşenler, geleneksel işleme aletleri kullanılarak üretiliyordu.

Ancak Bridgestone, 3D baskılı metal kalıplar üretmek için Alman üretici SLM Solutions'ın SLM makinelerini kullanarak en son teknolojiyi benimsedi. Bu yenilikçi yaklaşım, mühendislerin daha önce ulaşılamayan şekil ve desenlere sahip kalıplar üretmesini sağlıyor.

Kalıpların yeniden tasarlanmasıyla lastiğin çekiş performansı, lastiğin uzun ömürlülüğünden ödün vermeden artırılabilir. SLM Solutions, en ince noktasında yalnızca 0,3 mm kalınlığa sahip çelik bir lastik kalıbını 3D olarak başarıyla basarak dikkate değer bir başarıya imza attı. Bridgestone, 3D baskı teknolojisinden yararlanan tek endüstri devi değil; Michelin 2013'ten beri bu gelişmiş teknik kullanılarak üretilen lastikler sunuyor.

Eplus3D Hacamat

Geçmişte, üreticiler düşük şeffaflığa ve düşük enjeksiyon kalıplama verimliliğine sahip kupa bardakları üretmek için geleneksel enjeksiyon kalıplama kullanıyorlardı. Bunun ana nedeni, geleneksel CNC teknolojisi ile üretilen çukur kalıbın yalnızca kalıbı etkili bir şekilde soğutamayan dikey soğutma kanallarını işleyebilmesidir. EP-M250 SLM 3D yazıcı tarafından üretilen çukur enjeksiyon kalıbı, Eplus3D EP-M250 SLM 3D yazıcı kullanılarak üretilen karmaşık bir konformal soğutma kanalı metal kalıbına sahiptir.

Son çukurluğun püskürtme sıcaklığına ulaşması yalnızca 16,63 saniye sürer. Bu, 22,97 saniye süren geleneksel kalıplara kıyasla önemli bir gelişmedir ve 6 saniyeden fazla bir azalma sağlayarak enjeksiyon verimliliğini yaklaşık 26% artırır.

Metal Kalıp Teknolojileri ve Malzemeleri Nelerdir?

Metal Kalıp Teknolojisi Temel Olarak Şunları İçerir

Seçici Lazer Eritme (SLM)

metal malzemelerin eklemeli imalatında bir yaklaşımdır. Bu süreç sayesinde karmaşık detaylar elde edilebilmesine rağmen, ilave işleme yaygınlığını korumaktadır. Şu anda, maliyet hususları ve işleme hızları nedeniyle, metal 3D baskının enjeksiyon kalıplama takımlarının işlenmesinin yerini tamamen alması pek olası değildir. Bunun yerine, genel üretimin verimliliğini artıran bir tamamlayıcı olarak hizmet ediyor.

Doğrudan Enerji Biriktirme (DED)

Lazer, biriktirme alanında erimiş bir havuz oluşturur ve bunu yüksek hızda hareket ettirir. Malzeme doğrudan toz veya filament şeklinde yüksek sıcaklıktaki eritme alanına gönderilir ve eritildikten sonra katman katman biriktirilir. Bu yöntem, çeşitli metal malzemeler için metal kalıpları mümkün kılmaktadır. Örneğin, yüksek termal iletkenliği aşınma direnci ile birleştirmek için saf bakır bir alt tabaka üzerine paslanmaz çelik bir üst tabaka uygulanabilir. enjeksiyon kalıplama Aletler.

Metal Kalıp Malzemeleri Başlıca Şunları İçerir

Malzemenin türüne göre, 3D baskı metal malzemeleri demir bazlı alaşımlar, titanyum ve titanyum bazlı alaşımlar, nikel bazlı alaşımlar, kobalt-krom alaşımları, alüminyum alaşımları, bakır alaşımları ve değerli metaller olarak ayrılabilir.

Demir bazlı alaşım

Demir bazlı alaşımlar, 3D baskı metal malzemelerinde daha önce ve daha derinlemesine çalışılmış bir alaşım türüdür. Daha yaygın olarak kullanılan demir bazlı alaşımlar arasında takım çeliği, 316L paslanmaz çelik, M2 yüksek hız çeliği, H13 kalıp çeliği ve 15-5PH maraging çeliği vb. bulunur. Demir bazlı alaşımlar düşük maliyet, yüksek sertlik, iyi tokluk ve iyi işlenebilirliğe sahiptir, bu da onları özellikle kalıp üretimi için uygun hale getirir.

Konformal su kanalı kalıplarının 3D baskısı, demir bazlı alaşımların önemli bir uygulamasıdır. Özel şekilli su kanallarının geleneksel işlemlerle işlenmesi zordur. Bununla birlikte, 3D baskı, soğutma kanallarının düzenini temel olarak boşluğun geometrisiyle tutarlı olacak şekilde kontrol edebilir, bu da sıcaklık alanının homojenliğini artırabilir ve ürün kusurlarını etkili bir şekilde azaltabilir ve kalıp ömrünü uzatabilir.

Titanyum ve titanyum alaşımları

Titanyum ve titanyum alaşımları, dikkat çekici yüksek özgül mukavemetleri, iyi ısı dirençleri, korozyon dirençleri ve iyi biyouyumlulukları nedeniyle tıbbi cihazlar, kimyasal ekipmanlar, havacılık ve spor ekipmanları alanlarında ideal malzemeler haline gelmiştir. Bununla birlikte, titanyum alaşımları tipik olarak işlenmesi zor malzemelerdir.

İşleme sırasında yüksek stres, yüksek sıcaklık ve ciddi takım aşınmasından muzdariptirler, bu da titanyum alaşımlarının geniş uygulamasını sınırlar. 3D baskı teknolojisi özellikle titanyum ve titanyum alaşımlarının üretimi için uygundur. İlk olarak, 3D baskı koruyucu bir atmosfer ortamındadır. Titanyum, oksijen ve nitrojen gibi elementlerle kolayca reaksiyona girmez. Mikro alanların hızlı ısıtılması ve soğutulması da alaşım elementlerinin buharlaşmasını sınırlar;

İkincisi, karmaşık şekiller kesme işlemi olmadan üretilebilir ve toz veya tel malzemelere dayalı malzeme kullanım oranı yüksektir, bu da hammadde israfına neden olmaz ve üretim maliyetlerini büyük ölçüde azaltır. Şu anda, 3D baskılı titanyum ve titanyum alaşımlarının türleri arasında havacılık parçalarında (Şekil 3) ve yapay implantlarda (kemikler, dişler vb.) yaygın olarak kullanılabilen saf Ti, Ti6A14V (TC4) ve Ti6A17Nb bulunmaktadır.

3D Baskı Plastik Kalıpların Avantaj ve Dezavantajları

Plastik Kalıpların 3D Baskısı Nasıl Yapılır?

Dayanıklı ve ısıya dayanıklı malzemelerin plastik (veya polimer) 3D yazıcı ile birlikte kullanılması, şirketlerin enjeksiyon kalıplarını kendi bünyelerinde üretmelerini veya bir hizmet sağlayıcıdan hızlı bir şekilde temin etmelerini sağlar.

3D Baskı Plastik Kalıpların Avantajları Nelerdir?

Araçları Daha Ergonomik Olacak ve Minimum Performansı İyileştirecek Şekilde Optimize Edin

3D baskı, karşılanmamış üretim ihtiyaçlarını karşılayan yeni aletlerin doğrulanmasının önündeki engelleri azaltarak daha fazla hareketli ve sabit fikstürün üretim süreçlerine entegre edilmesini sağlar. Geleneksel olarak, takımlar ve ilgili ekipmanlar, yeniden tasarım ve üretimle ilgili önemli maliyetlerden ve işçilikten kaçınmak için maksimum dayanıklılık için tasarlanmıştır. 3D baskı teknolojisi sayesinde, şirketler artık herhangi bir aleti herhangi bir zamanda yenileyebilir, yalnızca atılmış ve uygun olmadığı düşünülenlerle sınırlı kalmaz.

Düşük Maliyetli

Enjeksiyon kalıpları üretmenin geleneksel yöntemleri, kalıp üreticisinden hassas makine ve uzmanlık gerektirdiğinden tipik olarak pahalı ve zaman alıcıdır. Öte yandan 3D baskı, kalıp üretimi için daha uygun maliyetli bir alternatif sunuyor.

Kalıpların bir 3D yazıcıdan doğrudan yazdırılması, düşük hacimli parçalar için uygun olabilir (malzemeye bağlı olarak 100 ila 10.000+ arasında değişir) ve metal kalıplardan 90%'ye kadar daha ucuza mal olabilir. Plastik 3D baskı, kısa teslim süreleri ve düşük maliyetler temel hususlar olduğunda tercih edilen kalıp üretim yöntemi olarak ortaya çıkmaktadır.

Raporlara göre, 3D baskı kalıpları geleneksel teknolojilere kıyasla 80%'ye kadar maliyet tasarrufu sağlayabilir. Geleneksel metal kalıp üretiminden çok daha hızlı ve ucuzdurlar. Birden fazla kalıp versiyonu aynı anda basılabilir, bu da daha yüksek uygulama seçenekleri sunar ve dış kaynak üreticileri için uygun hale getirir. Bu dahili çözüm, veri sızıntısını önler ve fikri mülkiyet haklarını korur. enjeksiyon kalıplı parçalar aynı kaliteyi korumak.

3D baskı, talaşlı imalattan daha az adım gerektirir; kalıbı ve parçayı tamamlamak için ortalama sadece altı iş günü gerekir. Aslında, kalıp imalatı birkaç saat gibi kısa bir sürede tamamlanabilir, bu da süreci hızlı ve verimli hale getirir.

Karmaşık enjeksiyon kalıpları artık çözünebilir reçineler, plastik (veya polimer) 3D yazıcılar ve dayanıklı, sıcaklığa dayanıklı malzemeler kullanılarak 3D olarak basılabilmektedir. Bu ilerleme, şirketlerin kendi kalıplarını şirket içinde üretmelerine veya hizmet sağlayıcılardan kolayca temin etmelerine olanak tanıyor.

3D Baskı Plastik Kalıpların Dezavantajları Nelerdir?

Plastik kalıplar genellikle metal kalıplara kıyasla daha düşük ısı iletkenliği sergiler ve bu da enjeksiyon kalıplı parçalar için soğutma sürelerinin uzamasına neden olur. Ek olarak, metal muadillerine göre daha hızlı bozulma eğilimindedirler ve genellikle hassas doğruluk elde etmek için işleme sonrası süreçler gerektirirler. Ayrıca, plastik kalıplar sınırlı boyut seçenekleri ile kısıtlanmıştır.

3D Baskı Plastik Kalıplarının Bazı Tipik Örnekleri Nelerdir?

Zetar Kalıp

Zetar Mold, ShangHai, Çin merkezli, hızlı kalıp oluşturma ve küçük parti enjeksiyon kalıplama hizmetleri sunan bir enjeksiyon kalıplama şirketidir. Düşük hacimli üretime yönelik artan talebe yanıt olarak Zetar Mold, daha küçük siparişlerin daha hızlı üretilmesi için uygun maliyetli plastik kalıplar oluşturmak üzere 3D baskı teknolojisini benimsemiştir. Araştırmaları sonucunda, şirketin cam dolgulu reçine malzemesi Rigid 10K Resin ile eşleştirilmiş Formlabs'ın SLA 3D yazıcısının Babyplast endüstriyel enjeksiyon kalıplama makinesi için ideal eşleşme olduğunu keşfettiler.

Formlabs kullanan Zetar Mold, 3D baskılı enjeksiyon kalıplarını hızlı bir şekilde üretebiliyor. Tasarım aşamasının ardından Zetar Mold, kalıbı tek bir gün içinde basabilir ve üzerinde son işlemleri gerçekleştirebilir. Basılan parçanın kalıbın mevcut metal çerçevesine entegre edilmesiyle, montaj sadece otuz dakika içinde tamamlanabilir ve bu da üretimin hemen başlamasını sağlar. enjeksiyon kalıplama süreci. Her bir kalıp tipik olarak yaklaşık 100 kullanımla sınırlı olsa da, Zetar Mold daha büyük sipariş miktarlarını karşılamak için aynı anda birden fazla kalıp basabilir.

Termoset kalıplar üretmek için Markforged 3D yazıcılar. Şirket, maliyetli dış kaynaklı silikon işleminin yerini alacak, 150°C'ye kadar sıcaklıklara maruz kaldığında önemli sıkıştırma kuvvetlerine dayanabilecek dayanıklı bir termoset kalıba ihtiyaç duyuyordu.

Markforged, X7 3D yazıcı ve Onyx malzemelerini kullanarak yaklaşık 60 saat içinde kalıp başına yaklaşık $240 maliyetle başarılı bir şekilde kalıp oluşturdu. Buna karşılık, işlenmiş silikon kalıpların üretilmesi için 144 saat gerekiyordu ve kalıp başına yaklaşık $1.000 masraf yapılıyordu.

Addifab

Nihai ürünle aynı tasarım ve malzemeleri kullanarak prototipler üretmek, prototip test sürecini önemli ölçüde geliştirebilir ve hızlandırabilir. Belçika merkezli bir girişim olan Addifab, enjeksiyon kalıplama için 3D baskılı kalıplar sağlama konusunda uzmanlaşmıştır.

Addifab, 2.500 bara kadar enjeksiyon basınçlarına ve 450°C erime sıcaklıklarına dayanabilen 3D baskı kalıpları için tescilli bir reçine malzemesi sunmaktadır. Daha sonra, kalıp 12 ila 48 saat içinde sulu bir alkali çözeltide tamamen çözülür. Addifab, enjeksiyon kalıplarını 3D yazdırmak için bu çözünebilir reçineyi kullanır.

Wilson Sporting Goods kısa süre önce yeni beyzbol sopası sapları için enjeksiyon kalıplarının birden fazla versiyonunu verimli bir şekilde üretmek üzere geniş formatlı Nexa3D NXE 400 yazıcısında Addifab reçinesini kullandı.

Plastik Kalıp Malzemeleri Nelerdir?

Naylon

Malzeme özellikleri: Naylon yüksek sıcaklık direncine, iyi tokluğa ve yüksek mukavemete sahiptir. Diğer malzemelerle karşılaştırıldığında naylon, yüksek akışkanlık, düşük statik elektrik, düşük su emilimi, orta derecede erime noktası ve ürünlerin yüksek boyutsal doğruluğu gibi mükemmel özelliklere sahiptir.

Yorulma direnci ve tokluğu, daha yüksek mekanik özellikler gerektiren iş parçalarının ihtiyaçlarını da karşılayabilir. Mühendislik plastiğidir. 3D baskı için ideal malzemedir.
Yaygın uygulamalar: muhafazalar ve muhafazalar, tüketici spor ürünleri, karmaşık prototip plastik parçalar ve şekil, montaj veya işlevsel prototipler.

Yüksek performanslı naylon

Temel özellikler: Yüksek dayanıklılık, performans ve darbe direncine sahip dövülebilir, esnek malzeme
Yaygın uygulamalar: Darbeye dayanıklı prototipler, jigler, fikstürler, ince duvarlı borular ve muhafazalar, çıtçıtlar, klipsler ve menteşeler.

İthal ışığa duyarlı reçine

Malzeme özellikleri: Işığa duyarlı reçine malzemeler, yüksek pürüzsüzlükleri ve dayanıklılıkları nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu malzeme ile basılan parçalar taşlama, parlatma, boyama, püskürtme, elektrokaplama ve serigrafi gibi işlem sonrası süreçlere tabi tutulabilir. Performansı mühendislik plastiği ABS'ye benzer. Yüksek hassasiyet ve hassas yüzey ile sadece görünüm parçaları için değil, aynı zamanda yapısal, montaj ve işlevsel doğrulama için de kullanılabilir.

Yaygın uygulamalar: ev aletleri, hızlı üretim, prototip modeller, elektronik ürünler, eğitim ve bilimsel araştırma, mimari modeller, sanat modelleri, otomobil üretimi ve diğer alanlar.

Sonuç

Hızla büyüyen ve yüz milyarlarca dolar değerindeki son derece rekabetçi enjeksiyon kalıplama endüstrisi, üreticileri eğrinin önünde kalmak için daha verimli ve uygun maliyetli yollar aramaya sevk etti.

Katmanlı üretim olarak da bilinen 3D baskı, bu şirketlerin üstün enjeksiyon kalıpları ve takımlarını geleneksel süreçlerden daha hızlı ve uygun maliyetli bir şekilde üretmelerini sağlar. 3D baskı kalıplarının kalıp imalat endüstrisinde devrim yarattığı söylenebilir.