Selviääkö 3D-tulostettu metallileimausrengas tuotantosi?

Mitä 3D-tulostettu metallileimauskone itse asiassa on

Kuvittele, että ohitat viikkoja CNC-koneistuksen läpimenoajan ja tulostat sen sijaan tarkan tarvitsemasi meistigeometrian yön yli. Tämä skenaario herättää vakavaa kiinnostusta lisäaineisiinleimaustyökalujen valmistus, alumiinikiinnikkeitä muodostavista autokorjaamoista autoteollisuuden tutkimuslaboratorioihin, jotka leimaavat erittäin lujaa-terästä.

Mutta termi itsessään voi tarkoittaa hyvin erilaisia ​​​​asioita riippuen siitä, keneltä kysyt. Tehdään siis tämä selväksi ennen kuin mennään syvemmälle.

Mikä on 3D-tulostettu metallileimaustyökalu

3D-painettu metallileimausmuotti on muovaustyökalu, joka valmistetaan lisäainevalmistuksen avulla - joko teknisistä polymeereistä tai metallijauheista -, joka on suunniteltu muotoilemaan metallilevyosia puristusvoiman alaisena, korvaamalla tai täydentämällä perinteisesti koneistettuja työkaluja.

Tämä määritelmä kattaa laajan kirjon. Yhdessä päässä on harrastajia ja prototyyppitiimiä, jotka tulostavat polymeerimuotteja sellaisista materiaaleista kuin PLA, nailon tai hiilikuitukomposiitit pöytätietokoneiden FDM-koneissa. Nämä 3D-painetut metallilevymuotit sopivat hyvin ohuen alumiinin tai kuparin{4}}vähävoimamuovaukseen. Toisaalta teollisuuskäyttäjät tuottavat todellisia metallisuulakkeita laserjauhepetisulatusprosesseilla -, joita kutsutaan yleisesti DMLS:ksi tai SLM:ksi - käyttämällä työkaluterästä tai maraging-teräsjauheita. Kuten Protolabs selittää, DMLS ja SLM ovat pohjimmiltaan samaa laserjauhepetifuusioteknologiaa erilaisista lyhenteistä huolimatta; molemmat täysin sulattavat metallijauhetta kerros kerrokselta luodakseen tiheitä, toimivia osia.

Ero on tärkeä, koska polymeerilevysuulakkeella ja metalli{0}}painetulla suulakkeella on täysin erilaiset tehtävät. Polymeerisuuttimet toimivat nopeina muovaustyökaluina geometrian validointiin ja lyhyisiin ajoihin. Metalliset 3D-muotit toimivat tuotantokelpoisina-lisäkkeinä, jotka voivat leimata tuhansia osia. Esimerkiksi Oaklandin yliopistossa suoritettu tutkimus testasi päällystettyjä 3D{7}}painettuja metalliosia perinteisiä D2-työkaluteräsosia vastaan.meistaa 50 000 osaa 1-mm-paksuudesta DP980 ultralujasta teräksestä- ja molemmat toimivat hyvin ilman merkittäviä naarmuja muodostetuissa näytteissä.

Miksi lisätyökalut saavat pitoa?

Perinteiseen meistien valmistukseen kuuluu aihion taonta ja sen jälkeen merkittävän materiaalin poistaminen CNC-työstyksellä - kallis ja aikaa{1}} vievä prosessi, erityisesti monimutkaisissa geometrioissa. Additiivinen valmistus kääntää tämän yhtälön. Rakennat vain tarvitsemasi geometrian kerros kerrokselta eliminoiden suurimman osan materiaalihukkaa.

Edut ylittävät materiaalisäästöt. Thomas Eberiuksen mukaanAachen Center for Additive ManufacturingAM johtaa parantuneisiin sykliaikoihin ja alentuneeseen energiankulutukseen, mikä auttaa valmistajia lisäämään tuotantomäärää ja saamaan tuotteet markkinoille nopeammin. Hän arvioi, että teknologia voisi tunkeutua 50–60 prosenttiin Saksan työkalumarkkinoista käyttöönottostrategioiden kypsyessä, ja muilla alueilla Euroopassa, Aasiassa ja Pohjois-Amerikassa on samanlainen kehityskulku.

Pienemmille joukkueille vetoomus on vielä välittömämpi. Työkalujen 3D-tulostin eliminoi tarpeen ulkoistaa yksinkertaisia ​​puristusmetallin muotoilutyökaluja, mikä lyhentää toimitusaikoja viikoista tunteihin. Olitpa sitten validoimassa leimatun osan geometriaa ennen kuin sitoudut tuotantotyökaluihin tai käytät lyhyttä erää muotoiltuja komponentteja, lisätyökalut tarjoavat nopeamman polun.

Tämä opas kattaa täyden spektrin - polymeerisista pöytäkoneista valmistettuja 3D-levyjä harrastetuille metallilevyille, jotka muovataan teollisuusmetalli-painettujen lisäosien kautta, jotka on arvioitu kymmeniin tuhansiin osumiin. Todellinen kysymys ei ole, toimiiko tekniikka. Tämä lähestymistapa sopii erityisiin materiaali-, tilavuus- ja laatuvaatimuksiisi.

Muottien leimaamiseen käytetyt 3D-tulostustekniikat

Mikä lisäysprosessi todella tuottaa suulakkeen, joka pystyy käsittelemään muodostusvoimia halkeilematta ensimmäisellä osumalla? Vastaus riippuu siitä, tarvitsetko anopea 3D-muotoilutyökalukouralliselle osille tai kestävälle metallisuulakkeelle, joka on rakennettu kestämään tuhansia puristusjaksoja. Kaksi erillistä teknologialuokkaa palvelevat näitä tarpeita, ja ne toimivat pohjimmiltaan eri tavoin.

Polymeeriset 3D-tulostustekniikat muotoilutyökaluille

Polymeeri{0}}pohjainen 3D-tulostus tarjoaa nopeimman reitin CAD-tiedostosta toimivaan leimaustyökaluun. Kaksi prosessia hallitsee tätä tilaa:

FDM (Fused Deposition Modeling)sulattaa kestomuovisen filamentin lämmitetyn suuttimen läpi kerrostaen sen kerros kerrokselta. Muistisovelluksissa materiaalit, kuten nailon, ABS, PETG ja hiili-kuitu{2}}vahvisteiset komposiitit, tarjoavat puristuslujuuden, joka tarvitaan ohuen-levyn muodostamiseen. KutenValmistaja huomauttaa, FDM löytää parhaan tasapainon muovaustyökalujen kustannusten, nopeuden, lujuuden ja käytettävyyden välillä. Voit vahvistaa painettuja työkaluja upotetuilla metallilevyillä, tapeilla tai pulteilla ja saada mukautetun muotin valmiiksi tunneissa päivien sijaan.

Vaihtoehto? FDM-osat ovat anisotrooppisia - vahvempia kerrosviivoja pitkin (X- ja Y-akselit), mutta heikompia niiden poikki (Z-akseli). Tulostussuunnalla on valtava merkitys 3D-levyn muotoilutyökaluissa. Kohdista vahvin suunta muovauskuormituksen vastaanottavan akselin kanssa, niin pidennät meistin käyttöikää dramaattisesti.

SLA (stereolitografia)kovettaa nestemäistä hartsia UV-laserin avulla ja tuottaa osia, joilla on poikkeuksellinen pintakäsittely ja tiukat toleranssit (±0,05–0,13 mm MakerStagen prosessivertailun mukaan). Tämä pinnan laatu siirtyy suoraan muotoiltuihin osiin. Useimmat SLA-hartsit ovat kuitenkin hauraita toistuvissa puristuskuormissa, mikä tekee niistä huonosti soveltuvia meistosovelluksiin, joihin liittyy isku tai suuri vetoisuus. Palvelutasosopimus toimii parhaiten matalan-voiman kohokuviointiin tai kertakäyttöiseen-geometrian validointiin, joissa pinnan yksityiskohdat ovat tärkeämpiä kuin kestävyys.

Metalliset 3D-tulostustekniikat tuotantomuotteihin

Kun polymeeri ei kestä siihen liittyviä voimia, metallin lisäainevalmistus astuu sisään. Nämä prosessit tuottavat täysin tiiviitä metallisuulakkeita, jotka pystyvät todelliseen tuotantoon.

DMLS/SLM (Laser Powder Bed Fusion)käyttää suuritehoista -laseria -, tyypillisesti 200–1 000 wattia - sulattaakseen metallijauheen kokonaan inertissä kaasukammiossa, rakentaen suulakkeen kerros kerrokselta 20–60 µm:n resoluutiolla. Kuten Sodick selittää, DMLS ja SLM ovat pohjimmiltaan samaa tekniikkaluokkaa - nimeämiserot ovat suurelta osin historiallisia. Nykyaikaisilla järjestelmillä saavutetaan yli 99,5 %:n tiheys ja tuotetaan mekaanisia muotteja, joiden mekaaniset ominaisuudet vastaavat tai ylittävät muokatun ekvivalentin. Työkalunvalmistajille LPBF tukee työkalu{13}laatuisia materiaaleja, kuten H13, maraging-teräs ja Inconel, ja mahdollistaa monimutkaiset sisäiset ominaisuudet, joita on mahdoton työstää tavanomaisesti.

Sideaineen suihkutusottaa nopeamman mutta vähemmän suoran lähestymistavan. Laser-sulatusjauheen sijaan se levittää nestemäistä sideainetta kerros kerrokselta ja muodostaa "vihreän" osan, joka sitten poistuu ja sintrataan uunissa. Tulostusvaihe on nopea ja koneet maksavat vähemmän etukäteen. Kompromissi on suurempi huokoisuus ja mahdollinen mittojen kutistuminen sintrauksen aikana, mikä tekee tiukoista toleransseista vaikeampaa pitää kiinni. Toistuvia suuria -voimia vaativissa puristusmuotteissa sideaineen suihkutus jää yleensä vajaaksi ilman laajaa-jälkikäsittelyä.

Metal FFF (Bound Metal Deposition)suulakepuristaa metalli{0}}polymeerikomposiittifilamentin, sitten irrottaa ja sintraa osan kiinteäksi metalliksi. Desktop Metalin ja Markforgedin järjestelmät toimivat tavallisissa myymäläympäristöissä ilman irtojauhetta tai inerttiä kaasua. Osat maksavat 5–10 kertaa vähemmän kuin DMLS vertailukelpoisilla geometrioilla, vaikka tiheys (96–99 %) ja toleranssi ovat alhaisemmat. Metal FFF tarjoaa 3D-tulostimelle työkaluja edulliseen hintaan, ja se tarjoaa käytännöllisen pääsyn metallisuuttimen tuotantoon pienimääräiseen-leimaukseen.

Kullakin tekniikalla on eri vyöhyke kustannus{0}}/-kestävyysspektrissä. Oikea valinta riippuu vähemmän siitä, mikä prosessi kuulostaa vaikuttavimmalta, vaan enemmän siitä, mitä metallilevyä muotoilet, kuinka monta osaa tarvitset ja mitä pinnanlaatua sovelluksesi vaatii - materiaalin valintaan vaikuttavia tekijöitä.

Materiaalin valintakriteerit 3D-tulostetuille stansseille

3D-tulostustekniikan valitseminen on vain puolet yhtälöstä. Koneeseen syöttämäsi materiaali määrittää, selviääkö noppisi kymmenestä vai kymmenestä tuhannesta osumasta. Sen sijaan, että lajittelisit vaihtoehdot merkin tai tulostinmallin mukaan, on järkevämpää järjestää ne sen mukaan, mitä sovelluksesi todella vaatii: kuinka paljon voimaa muotin tulee vastustaa, mitä pinnanlaatua tarvitset muotoillulle osalle ja kuinka monta osaa aiot leimata.

Polymeerimateriaalivaihtoehdot ja niiden rajat

Polymeerimuotit toimivat nopeana pellinmuodostajana, kun voimat pysyvät pieninä ja tilavuudet pieninä. Jokaisella materiaalilla on erilainen suorituskykytaso:

PLAon helpoin tulostettava ja jäykin yhteinen filamentti, jonka vetolujuus on 50–60 MPa ja moduuli 3,5 GPa. Tämä jäykkyys auttaa pitämään muotonsa puristuskuormituksen alaisena. saalis? PLA on hauras - se hajoaa mieluummin kuin vääntyy - ja pehmenee noin 55 astetta. Toistuvista puristusjaksoista aiheutuva kitkalämpö heikentää sitä nopeasti. Käytä sitä vain yksinumeroisiin{10}}tuotantoajoihin ohuessa alumiini- tai kuparifoliossa.

ABSvaihtaa raakalujuuden (35–40 MPa vetolujuus) parempaan sitkeyteen ja korkeampaan lämpöpoikkeutuslämpötilaan noin 95 astetta. Se vaimentaa iskuja halkeilematta PLA:n tapaan, mikä tekee siitä anteeksiantavamman toistuvissa muovauskuormissa. Kohtuullinen valinta kevyille-metallipuristusmuotteille, joiden on selviydyttävä vaatimattomista tuotantomääristä.

PETGistuu PLA:n ja ABS:n välissä - jäykempi kuin ABS noin 2,0–3,0 GPa:n moduulilla, sitkeämpi kuin PLA ja helppo tulostaa. Sen 70 asteen lämpöpoikkeutus tekee siitä sopivan muotteihin, jotka eivät koe merkittävää kitkakuumenemista.

Nylon (PA6/PA12)on funktionaalisten polymeerityökalujen työhevonen. 60–80 MPa:n vetolujuuden, erinomaisen iskunkestävyyden ja yli 120 asteen lämpöpoikkeaman ansiosta nailon kestää toistuvia puristusjaksoja paljon paremmin kuin PLA tai ABS. Itse-voiteleva pinta vähentää kitkaa peltiä vastaan. Huono puoli on kosteuden imeytyminen - kuivaa filamentti ennen tulostusta, tai meisti ei toimi kunnolla.

hiili-kuitukomposiitit (CF-nailon)työnnä polymeerimuotit kattoa kohti. Jäykkyys hyppää arvoon 6–10 GPa, vetolujuus 80–100+ MPa ja lämpöpoikkeama 150–160 astetta. Nämä komposiittimuotit kestävät muodonmuutoksia kuormituksen alaisena, joka murskaa tavallista nylonia. Ne vaativat karkaistun terässuuttimen tulostaakseen ja maksavat huomattavasti enemmän, mutta pehmeän, noin 0,6 mm:n teräksen muovaamiseen ne edustavat polymeerimetallin muovaussuuttimen kestävyyden ylärajaa.

SLA-hartsitovat parempia pinnan viimeistelyssä kuin kestävyydessä. Jäykkä 10K-hartsi saavuttaa 88 MPa:n vetolujuuden ja 10 GPa:n jäykkyyden, mutta sen äärimmäinen hauraus (lovitettu Izod vain 20 J/m) tekee siitä halkeilu{5}}alttiita toistuvassa leimaamisessa. Vara-SLA-muotit kohokuviointia, lyöntiä tai kertakäyttöistä-geometriatarkistusta varten, jossa pinnan yksityiskohdat siirtyvät suoraan muotoiltuun osaan.

Metallijauhevalinnat kestäville muotteille

Kun polymeeri ei kestä siihen liittyviä voimia, metallijauheet, jotka on painettu laserjauhepetisulatuksen tai sidotun metallin kerrostuksen avulla, tarjoavat tuotantolaatuisia työkaluja. Materiaalimaisema tässä kartoittaa suoraan perinteisiin muottiteräksiin:

Maraging-teräs (MS1/18Ni-300)on yleisin valinta painetuille leimausmuotteille. Vanhenemisen-kovettuvan lämpökäsittelyn jälkeen se saavuttaa 50–55 HRC-kovuuden ja erinomaisen sitkeyden. Se koneistaa ja EDM-viimeistelee helposti jälkitulostuksen-, mikä tekee siitä käytännöllisen muotteihin, jotka vaativat tiukkoja pintatoleransseja. Maraging-teräs sopii keskikokoiseen--suuriin{10}}mietojen terästen ja alumiinin leimaamiseen.

Työkaluteräkset (H13, H11)tarjoaa jokaiselle työkaluvalmistajalle tutun kulutuskestävyyden.H13 ja H11 yhdistävät korkean lujuuden ja erinomaisen korroosionkestävyyden, joten ne ovat ihanteellisia kuuma-työsovelluksiin tai muottiin, jotka muodostavat hankaavia korkealujia teräksiä. H13:n tulostaminen vaatii huolellista lämmönhallintaa halkeilun estämiseksi, mutta tuloksena oleva suulake toimii verrattain muokattuun vastaavaan.

Ruostumaton teräs (316L, 17-4 PH)tarjoaa korroosionkestävyyden ja hyvät mekaaniset ominaisuudet halvemmalla kuin työkaluteräkset. 17-4 PH, saostus-karkaisuaste, saavuttaa kovuuden jopa 40 HRC lämpökäsittelyn jälkeen. Se toimii hyvin ruostumattomien levyjen muovaamiseen tai syövyttävissä ympäristöissä, vaikka sen kulutuskestävyys on pienempi kuin suurille-määrille tarkoitetuille työkaluteräksille.

Inconel (718/625)käsittelee äärimmäisiä olosuhteita - korkean lämpötilan-leimausta, superseoslevyjen muotoilua tai sovelluksia, joihin liittyy syövyttäviä ympäristöjä. Sen lujuus ja korroosionkestävät Kompromissi on hinta ja koneistettavuus; Inconel-suuttimet ovat kalliita painaa ja vaikeita viimeistellä.

Materiaalin sovittaminen sovelluksen vaatimuksiin

Sen sijaan, että valitset vahvimman tai halvimman vaihtoehdon, sovita materiaali neljään keskeiseen päätöksentekotekijään. Käytä tätä tarkistuslistaa aloituskehyksenä:

• Muokkausvoima alle 5 kN, ohut alumiini- tai kuparifolio:PLA tai PETG (alhaisin hinta, nopein toimitus)
• Muovausvoima 5–20 kN, pehmeä teräs 0,6 mm:iin asti:Nylon- tai CF{0}}nailonkomposiitit (polymeerin paras lujuus-kustannussuhde{2}})
• Pinnan viimeistely kriittinen, erittäin pieni äänenvoimakkuus:SLA Rigid 10K Resin (siirtää hienoja yksityiskohtia, kertakäyttöinen)
• Muokkausvoima yli 20 kN, keskimääräinen---korkea tilavuus:Maraging-teräs tai H13-työkaluteräs (tuotannon -kestävyys)
• Syövyttävä ympäristö tai ruostumattoman levyn muodostus:17-4 PH ruostumaton tai Inconel (kemiallinen kestävyys kovuudesta tinkimättä)
• Tuotantomäärä alle 100 osaa:Polymeerisuuttimet tarjoavat parhaan kustannusedun
• Tuotantomäärä 100-10 000 osaa:Metalliset -painetut muotit tulevat taloudellisiksi, kun otetaan huomioon vaihtotiheys
• Tuotantomäärä yli 10 000 osaa:Arvioi metalli{0}}painetut muotit verrattuna tavanomaiseen koneistettuun työkaluun-osakohtaisesti

Muista, että materiaalivalinta vaikuttaa suoraan siihen, kuinka kauan kuoppasi kestää ja kuinka se lopulta epäonnistuu. CF-Nylon-suulakkeesta voi tulla 200 täydellistä osaa, ennen kuin pinnan kuluminen heikentää laatua, kun taas maraging-teräsmuotti säilyttää toleranssin 50 000 syklin ajan. Nämä käyttöiän erot - ja niihin vaikuttavat erityiset vikatilat - määräävät, oliko materiaalivalintasi oikea tulevaa tuotantoa varten.

Peltiyhteensopivuus 3D-tulostettujen työkalujen kanssa

Kuoppasi materiaali kertoo vain puolet tarinasta. Toinen puolikas? Mitä todella muodostat. 0,5 mm:n alumiinin läpi kulkeva hiilikuitu-nylon-suutin halkeilee, kun se kohtaa ensimmäisen kerran 1,0 mm:n ruostumattoman teräksen kanssa. Pelti itsessään - sen kovuus, paksuus ja elastinen käyttäytyminen - määräävät, onko 3D-painettu suulake käytännöllinen metallilevyn muovaustyökalu vai resepti ajanhukkaan ja rikkoutuneeseen muoviin.

Kuinka metallilevyn kovuus vaikuttaa muotin toteutettavuuteen

Kovuus määrittää, kuinka paljon voimaa arkki vastustaa muotoilun aikana, ja tämä voima siirtyy suoraan muotiin. Pehmeät metallit, kuten kuollut-pehmeä kupari ja 1100--sarjan alumiini, tuottavat noin 35–70 MPa. Pehmeä teräs (AISI 1018/1020) hyppää myötörajaan 250–350 MPa. Ruostumaton teräs (304/316) työntää entisestään, myötöraja on 200–290 MPa hehkutetussa tilassa, mutta huomattavasti korkeampi työ{17}}kovettuminen, mikä lisää kuormitusta muovauksen edetessä. Lujat -teräkset -, kuten DP980 ja autoteollisuudessa käytettävät booriteräkset – saavuttavat yli 600 MPa:n myötölujuuden.

Mitä tämä tarkoittaa stanssauksen valinnassa? Polymeerisuutin pystyy käsittelemään pehmeän alumiinin synnyttämiä muovauskuormia, koska levy myöten ennen kuin muotti kokee vaarallisen puristusjännityksen. Mieto teräs vaatii huomattavasti enemmän voimaa muodonmuutokseen, mikä työntää polymeerimuotit kohti kuormitusrajojaan jopa ohuilla mitoilla. Ruostumaton teräs ja -lujat teräkset synnyttävät muovausvoimia, jotka ylittävät polymeerin puristuskapasiteetin lähes kaikissa käytännön olosuhteissa.

KutenValmistaja selittää, pehmeät teräkset ja pehmeät alumiinit ovat paljon sitkeämpiä kuin -lujimmat materiaalit, mikä vaikuttaa suoraan muovausvoimiin ja pienimpään taivutussäteeseen. Teräksen korkeampi hiilipitoisuus tai alumiinin suurempi kovuus heikentää muovattavuutta ja muovattavuutta, mikä lisää tarvittavaa voimaa ja vähimmäissädettä, joka voidaan tuottaa. Tämä voimanlisäys työntää sinut polymeerityökaluista metalliin-painettuihin tai tavanomaisiin muotiin.

Mittaa paksuus ja muodostavat voimasuhteet

Paksuus moninkertaistaa voimavaatimukset ei{0}}lineaarisesti. Levyn paksuuden kaksinkertaistaminen ei yksinkertaisesti kaksinkertaista vetoisuutta -, vaan se karkeasti nelinkertaistaa taivutusoperaatioissa, koska muovausvoima skaalautuu materiaalin paksuuden neliöön useimmissa puristusmetallin muovausyhtälöissä. Polymeerimuotti, joka muodostaa mukavasti 0,5 mm:n alumiinia, voi epäonnistua katastrofaalisesti 1,5 mm:n samasta materiaalista huolimatta, vaikka metallityyppi ei ole muuttunut.

Tässä on käytännöllinen tapa ajatella asiaa. Meistossa yleisesti käytetyt ohutlevymittarit ovat noin 0,005 - 0,249 tuumaa (noin 0,13 - 6,3 mm). Ohuessa päässä muovausvoimat pysyvät riittävän pieninä useimpien metallien polymeerityökaluille. Paksussa päässä jopa alumiinilevy vaatii voimia, joita vain metalli{7}}painetut tai karkaistut teräsmuotit voivat kestää.

Polymeeri-FDM-suulakkeiden kriittinen kynnys pyrkii laskeutumaan noin:

• Alumiiniseokset:jopa 1,0–1,5 mm (riippuen metalliseoksen kovuudesta ja geometrian monimutkaisuudesta)
• Kupari ja messinki:0,8-1,0 mm asti
• Pehmeä teräs:jopa 0,5–0,8 mm (lujilla -komposiittifilamenteilla)
• Ruostumaton teräs:ei yleensä ole mahdollista polymeerisuulakkeilla täyttötiheydestä riippumatta

Näiden kynnysten ylittävät puristus- ja leikkausvoimat muotoilun aikana ylittävät sen, minkä jopa 100 % täytehiili-kuitunylon kestää ilman pinnan murskaamista tai kerrosten delaminaatiota. Huomaat, että meisti alkaa vääntyä ennen kuin levy antaa - selvän merkin, että olet ylittänyt työkalun kapasiteetin.

Kevään-selkäajan palkitsemisstrategiat

Jokainen muotoiltu metalliosa joustaa takaisin kohti alkuperäistä litteää muotoaan puristusvoiman vapautuessa. Jousi-takaisin vapauttaa elastisen jännityksen, ja se skaalautuu suoraan materiaalin myötölujuuden mukaan. Pehmeä alumiini saattaa ponnahtaa taaksepäin 1–2 astetta yksinkertaisessa mutkassa, kun taas ruostumaton teräs tai luja teräs{5}}voi ponnahtaa takaisin 5–10 astetta tai enemmän saman geometrian alla.

3D-tulostetuissa muotteissa jousi-takaisinkompensointi tarkoittaa yli-taivuttamista -, jossa suulake suunnitellaan muodostamaan arkki kohdekulmansa ohi, jotta se rentoutuu takaisin oikeaan asentoon. Peltityökappale, jossa on 2 asteen jousi{6}}takaisin, vaatii vähintään 2 astetta kohdetta terävämmän lävistyskulman tämän elastisen palautumisen huomioon ottamiseksi. Kun säde kasvaa suhteessa materiaalin paksuuteen, jousi{9}}lisää entisestään, joskus merkittävästi.

Korvausstrategiat vaihtelevat muottityypin mukaan:

• Polymeeri kuolee:Koska ne ovat halpoja ja nopeasti tulostettavia, voit iteroida nopeasti. Tulosta, muotoile, mittaa jousen{1}}selkäkulma, säädä sitten CAD-mallisi ja tulosta uudelleen. Tämä kokeilu-ja-virhe toimii hyvin, koska jokainen iterointi maksaa vähän aikaa ja materiaalia.
• Metalliset{0}}painetut muotit:Toista ensin polymeeri naulataksesi jousen{0}}takaisinkompensoinnin ja sitoudu sitten metalliprinttiin korjatulla geometrialla. Metallipainetun -suulakkeen uudelleentyöstäminen on kallista, joten oikean kulman määrittäminen etukäteen on tärkeää.
• Korkean{0}}tuoton-lujuudet materiaalit:Harkitse kevennettyjä meistigeometrioita, joissa on mukana 78 tai 73 asteen kulmat, jotka mahdollistavat syvemmän lävistyksen ylittävän jousen-takaisin ilman häiriöitä meistin pintojen ja materiaalin välillä.

Myös metallilevyn raesuunta vaikuttaa sekä muovausvoimaan että takaisinjousi-. Muovaus rakeella (pitkittäinen) vaatii vähemmän taivutusvoimaa, koska sitkeys venyy helposti siihen suuntaan, mutta pitkittäistaivutus lisää pinnan halkeiluriskiä ja vaatii suuremman taivutussäteen. Muotoilu jyvien poikki (poikittainen) lisää vetoisuutta, mutta hyväksyy tiukemmat säteet. Kun suunnittelet 3D-tulostettua suulaketta, varmista, suuntautuvatko aihiosi rakeen kanssa tai sitä vasten, ja mittaa muotin säde ja kompensointikulma vastaavasti.

Ole rehellinen itsellesi lukiessasi tätä taulukkoa. "Marginaali"-merkinnät tarkoittavat, että onnistuminen riippuu suuresti geometrian yksinkertaisuudesta, tulostusasetuksista ja muotoilun nopeudesta. Matala kanava muotoillaan 0,5 mm:n ohuesta teräksestä käyttäen CF-nylon-suutinta? Mahdollista, konservatiivisilla parametreilla. Syvä veto samalla mittarilla? Kuolema ei selviä. Ruostumaton teräs ja lujat materiaalit vaativat metallin-painettua tai perinteistä työkalua - mikään täyttökuvio tai seinämän paksuustemppu ei muuta fysiikkaa.

Näiden yhteensopivuusrajojen ymmärtämisen todellinen arvo on hukattujen tulosteiden ja epäonnistuneiden osien välttäminen. Yhdistä peltityyppisi ja mittasi oikeaan muottiluokkaan alusta alkaen, niin käytät aikaasi geometrian hiomiseen rikkoutuneiden työkalujen uudelleentulostamisen sijaan. Tämä tarkennusprosessi - alkuperäisestä CAD-suunnittelusta tulostamiseen,-jälkikäsittelyyn ja ensimmäisen artikkelin muodostamiseen - on paikka, jossa käytännön työnkulku alkaa.

Täysi työnkulku CAD-suunnittelusta muotoiltuun osaan

On tärkeää tietää, mitkä materiaalit ja metallilevyt toimivat yhdessä, mutta se ei auta sinua, ennen kuin valmistat toimivan muotin ja leimaa hyvän osan sillä. Täydellinen 3D-painetun muottisuunnittelun työnkulku sisältää kuusi erillistä vaihetta, joista jokaisessa on päätökset, jotka vaikuttavat suoraan siihen, selviykö työkalusi tuotannosta vai epäonnistuuko se ensimmäisessä jaksossa.

1. CAD-suunnittelu ja lisä{0}}spesifiset näkökohdat
2. Viipalointi ja tulostusparametrien asetukset
3. Muottipainatus
4. Jälki-käsittely ja mittavahvistus
5. Pressin asennus ja ensimmäisen artikkelin muodostaminen
6. Muotin huolto- ja vaihtosuunnittelu

Käydään läpi jokainen vaihe käytännöllisillä yksityiskohdilla, joita tarvitset saadaksesi sen oikein ensimmäisellä kerralla.

CAD-suunnitteluun ja lisäainevalmistukseen liittyviä huomioita

Kun lähestyt cad-suunnittelua stanssausmuottityössä additiivisessa kontekstissa, suunnittelet kahta todellisuutta samanaikaisesti: muovausoperaatiota ja tulostusprosessia. Jätä jompikumpi huomioimatta, ja päädyt suulakkeeseen, jota ei voida tulostaa puhtaasti tai joka ei kestä painokuormia.

Seinän paksuus ja massa.Polymeerileimausmuotit tarvitsevat huomattavasti enemmän massaa kuin saatat odottaa. FDM-työkalujen seinämän vähimmäispaksuuden tulee olla 8–12 mm kantavilla alueilla. Ohuet, alle 2 mm:n poikkileikkaukset{5}}muutuvat nopeasti puristuskuormituksen ja lämmön vaikutuksesta, esimFormlabs-tutkimus vahvistaa- pintapaksuus alle 1–2 mm muuttaa muotoaan lämmön vaikutuksesta muotoilusovelluksissa. Metalli-painetuissa muotteissa 3–5 mm:n seinäosat tarjoavat tyypillisesti riittävän jäykkyyden, koska itse materiaali kantaa huomattavasti suurempia kuormia pinta-alayksikköä kohti.

Syvyyskulmat.Sisällytä 3–5 astetta syväys kaikille suutinontelon pystysuorille seinille. Tämä palvelee kahta tarkoitusta: se helpottaa osien irrottamista muotoilun jälkeen (estää metallilevyä lukkiutumasta muotiin) ja parantaa painettavuutta vähentämällä tukirakenteita vaativia ulokkeita. Erityisesti polymeerimuotteissa vetokulmat vähentävät purkuvoimia, jotka voivat halkeilla tai halkeilla työkalun pinnan.

Vahvistusstrategiat.Polymeerimuotit toimivat harvoin itsenäisinä monoliittityökaluina puristuskuormituksen alaisena. Suunnittele muotti integroitavaksi taustalevyyn -, joka on tyypillisesti alumiini- tai teräslevy, joka jakaa voiman muotin takapinnalle. Suunnittele CAD-malliisi syvennykset tai pultinreiät painetun suulakkeen kiinnittämiseksi tähän taustarakenteeseen. Jotkut suunnittelijat upottavat teräsvaarnat tai -pultit painatukseen keskeyttämällä tulostuksen puolivälissä- ja asettamalla laitteistoja luoden yhdistelmätyökalun, joka kestää paljon enemmän kuormaa kuin pelkkä polymeeri.

Täytekuvio 3D-painetuille työkaluille.Tässä sisäiset geometriapäätökset määräävät suoraan kuolinelämän. Kolme mallia hallitsee työkalusovelluksia:

• Gyroidi:Tarjoaa lähes{0}}isotrooppisen lujuuden, mikä tarkoittaa, että se vastustaa voimia suunnilleen tasaisesti kaikkiin suuntiin.Gyroidin jatkuva kaareva geometriatarjoaa myös erinomaisen vastustuskyvyn leikkausvoimille. Jos meistossa esiintyy poikkeavia-akselikuormituksia tai monimutkaisia ​​muotoilugeometrioita, oletussuositus on gyroidi 60–80 %:n tiheydellä.
• Kuutio:Luo kolmiulotteisen ruudukkorakenteen, joka ylittää pystysuuntaisen puristusvastuksen. Jos muovauskuormasi kulkee ensisijaisesti suoraan alas muotin läpi (yksinkertaiset V-taivutukset, kanavamuodot), kuutiotäyttö 50–70 %:n tiheydellä tarjoaa vahvan suorituskyvyn vähemmällä materiaalilla kuin vastaavalla vahvuudella oleva gyroidi.
• Ruudukko:Yksinkertaisin ja nopein{0}}tulostuskuvio, jossa kohtisuorat viivat muodostavat neliöitä. Ristikko käsittelee suoraa pystysuuntaista puristusta hyvin, mutta toimii huonosti leikkaus- tai sivu{2}}akselin kuormituksessa. Käytä sitä vain tasapohjaisiin -pohjaisiin muotteihin, joissa on puhtaasti puristuskuormitus -, älä koskaan muotteihin, joissa on vinomuotoiset pinnat.

Useimmissa meistosovelluksissa gyroidi 70 %:n täyttötiheydellä tai sitä korkeammalla antaa sinulle parhaan yhdistelmän puristusvoimaa ja tasaista suorituskykyä kuormitussuunnissa. 100 %:n täyttöaste on harvoin lisätyn tulostusajan arvoista - Tutkimukset osoittavat, että lujuuden palautuminen heikkenee 60–80 %:n tiheyden yläpuolella, kun taas tulostusaika kasvaa lineaarisesti.

Varastolisä.Suunnittele ylimääräistä materiaalia (vähintään 0,5 mm) kriittisille muovauspinnoille. Poistat tämän jälkikäsittelyn aikana-, jotta voit valita lopulliset mitat. On paljon helpompaa hioa tai työstää ylimääräistä materiaalia kuin tulostaa uudelleen alimitoitettua stanssausta.

Tulostusparametrit ja{0}}jälkikäsittely

Kun CAD-mallisi on optimoitu, viipalointiasetukset muuttavat suunnittelutavoitteet fyysiseksi todellisuudeksi.

Kerroksen korkeus:Käytä 0,1–0,15 mm:n kerroksia peltiä koskettavien pintojen muodostamiseen. Hienommat kerrokset tarkoittavat tasaisempia pintoja ja parempaa mittatarkkuutta, jotka molemmat siirtyvät suoraan muotoiltujen osien laatuun. Ei--kriittisillä alueilla (taustapinnat, asennuspinnat) 0,2–0,3 mm:n kerrokset nopeuttavat toimintaa ilman rangaistusta.

Tulostussuunta:Suuntaa suulake siten, että muodostuvat kuormat puristavat kerroksia yhteen sen sijaan, että yrittäisitte irrottaa niitä. V-suulakkeelle tämä tarkoittaa tulostamista siten, että muodostusontelo on ylöspäin ja kerrokset pinoutuvat samansuuntaisesti suulakkeen pinnan kanssa. Kerrosten irtoaminen vetokuormituksen alaisena on FDM-työkalujen yleisin vikatila - oikea suuntaus estää sen.

Kehämäärä:Kasvata ulkoseinäkerrokset vähintään 4-6 kehälle. Nämä kiinteät ulkokuoret kantavat suurimman osan puristuskuormista ja suojaavat sisäistä täytettä suoralta kosketukselta metallilevyn kanssa. Lisää kehyksiä parantaa myös pinnan kestävyyttä.

Jälkikäsittely 3D-painetut muotit muodostavat sillan raakatulostuksen ja toimivan työkalun välillä:

1. Tuki poistoon ja puhdistamiseen:Poista kaikki tukimateriaali kiinnittäen erityistä huomiota muotoilupintoihin. Kaikki jäljellä olevat nupit tai merkit siirtyvät muotoiltuihin osiin.
2. Pinnan viimeistely:Hio muodostavat pinnat progressiivisilla karkeuksilla - 120 - 220 - 400 - kerrosviivojen poistamiseksi. Polymeerimuotteissa epoksipinnoite muodostuspinnalle luo kovemman ihon, joka kestää pidempään kulutusta. SLA-suulakkeissa mediapuhallus lasihelmillä tasoittaa pintaa ja voi itse asiassa parantaa mekaanisia ominaisuuksia.
3. Mittojen vahvistus:Mittaa kriittiset mitat jarrusatulalla tai CMM:llä. Vertaa CAD-malliisi ja huomioi poikkeamat. Tyypillinen mittatarkkuus FDM-työstöajoille ±0,1–0,3 mm; SLA saavuttaa ±0,05 mm. Jos kriittiset muovauspinnat eivät ole spesifikaatioita, koneista tai hio ne toleranssiin käyttämällä aiemmin suunnittelemaasi varastovaraa.
4. Lämpökäsittely (vain metallisuuttimet):Metalliset{0}}painetut suulakkeet vaativat stressin lievitystä ja usein vanhenemista{1}}karkaisua. Esimerkiksi maraging-teräs vaatii vanhentamista noin 490 asteessa 6 tunnin ajan saavuttaakseen täyden kovuuden (50–55 HRC). Ohita tämä vaihe, niin metallisuuttimesi suorituskyky heikkenee huomattavasti.

Paina Setup ja First Article Forming

Muotti on painettu, viimeistelty ja mitat tarkistettu. Sen oikea saaminen painoon määrittää, tuottaako ensimmäinen osuma hyvän osan vai tuhoutuneen työkalun.

Taustalevyn integrointi:Älä koskaan aseta polymeerisuutinta suoraan puristusalustalle ilman metallista taustalevyä. Levy jakaa paininvoiman koko muotin jalanjäljelle, mikä estää paikallisen murskaantumisen. Käytä vähintään 6 mm:n paksuista hiottua litteää alumiinilevyä pieni-tonnipainosovelluksiin tai teräslevyä yli 10 kN:n kuormitukseen. Kiinnitä muotti taustalevyyn pulteilla, puristimilla tai upotetulla taskulla, joka estää sivuttaisliikkeen muotoilun aikana.

Tasaus:Asenna keskitysnastat tai käytä muotin puolikkaisiin painettuja kohdistusominaisuuksia varmistaaksesi rei'itys---kohdistus. Jo 0,5 mm:n kohdistusvirhe aiheuttaa epätasaisen kuormituksen, joka nopeuttaa muotin kulumista toisella puolella ja tuottaa epäyhtenäisiä osia.

Nopeus- ja voimaasetukset:Aloita konservatiivisesti. Pienennä puristusnopeutta 50 prosenttiin siitä, mitä käyttäisit tavanomaisilla työkaluilla. Polymeerisuuttimet eivät siedä iskuja samalla tavalla kuin karkaistu teräs - hitaammat paininnopeudet sallivat materiaalin absorboida muodostuvia kuormia asteittain sen sijaan, että se kokisi iskuja. Samasta syystä vähennä vetoisuus minimiin, joka saavuttaa täyden muovauksen, ja lisää sitten asteittain, jos osa ei ole täysin muotoiltu.

Ensimmäinen artikkelin tarkastus:Muodosta yksi osa, poista se ja mittaa se kohdemittojasi vasten. Tarkista:

• Jousi{0}}takaisinpoikkeama (vertaa todellista kulmaa kohdekulmaan)
• Pintajälkiä tai naarmuja, jotka ovat siirtyneet muottikerroksen viivoista
• Mittatarkkuus kriittisissä ominaisuuksissa
• Kaikki merkit muotin muodonmuutoksesta (kiiltävät täplät, puristusjäljet ​​muotin pinnalla)

Jos jousi-takaisin ylittää toleranssin, säädä muotin geometriaa aiemmin käsiteltyjen kompensointistrategioiden mukaisesti ja tulosta uudelleen. Jos pintaan tulee jälkiä, lisähionta tai pinnoitus korjaa ne. Jos suulakkeessa näkyy puristusjälkiä yhden iskun jälkeen, materiaalivalintasi tai täytteen tiheys ei ole riittävä vaikuttaville muovausvoimille - siirry jäykempään materiaaliluokkaan sen sijaan, että tulostat uudelleen samoilla ominaisuuksilla.

Huoltosykli:Tarkista muotin pinta 10–20 osan välein polymeerityökalujen varalta ja 500–1 000 osan välein metallipainettujen -suulakkeiden varalta. Kulumiskuviot paljastavat itsensä pinnan himmenemisenä, reunan pyöristymisenä tai mikro-halkeamia jännityspitoisuuksissa. Kevyt hionta ajojen välillä voi pidentää polymeerisuuttimen käyttöikää, kun taas metallimuotit hyötyvät muovauspintojen säännöllisestä kiillotuksesta. Seuraa muotoiltujen osien mittapoikkeamaa - kun mittaukset lähestyvät toleranssirajoja, meisti lähestyy käyttöikänsä loppua.

Tämä prosessin -päähän-päähän - suunnittelu, tulostus, viimeistely, asennus, muoto, huolto - tiivistyy tyypillisesti 24–72 tuntiin polymeerimuotteissa ja 1–2 viikkoon metalli-painetuissa muotteissa lämpökäsittely mukaan lukien. Vertaa sitä 4–8 viikkoon perinteisesti koneistetuissa työkaluissa, niin aikaetu tulee selväksi. Mutta nopeudella on väliä vain, jos suulake todella kestää tarpeeksi kauan tuotantoajon loppuun saattamiseksi, mikä herättää kriittisen kysymyksen siitä, kuinka nämä työkalut epäonnistuvat ja mitä voit tehdä estääksesi sen.

Die Elinikä ja vikatilan analyysi

Nopeus CAD:sta ensimmäiseen artikkeliin on vaikuttava, mutta sillä ei ole väliä, jos stanko murenee juoksun puolivälissä. Kuinka kauan 3D-tulostetut stanssat kestävät? Rehellinen vastaus: se riippuu täysin siitä, kuinka ne epäonnistuvat, ja jokainen 3D-tulostettu suulake epäonnistuu lopulta jollakin neljästä ennustettavasta mekanismista. Näiden leimausmuotin vikatilojen - ymmärtäminen ja niiden ympärille suunnitteleminen - erottaa onnistuneen lyhyen lenkin särkyneen muovin ja hylättyjen osien kasasta.

Yleiset vikatilat 3D-tulostetuissa muotteissa

Jokaisessa lisäaineella valmistetussa suulakkeessa on luontaisia ​​heikkouksia, jotka on sidottu kerrokseen-kerroksen rakentamisprosessin kautta. Nämä heikkoudet ilmenevät erillisinä vikakuvioina, joista jokaisella on erilaiset varoitusmerkit ja erilaiset seuraukset muodostuneille osille.

• Kerrosten delaminaatio toistuvissa puristuskuormissa.Tämä on yleisin ja äkillisin vikatila FDM-polymeerimuotteissa. Jokainen painettu kerros sitoutuu sen alla olevaan lämpöfuusion kautta, mutta tämä sidos on heikompi kuin itse bulkkimateriaali. Toistuvat puristusjaksot luovat syklisiä puristus- ja vetojännitystä kerrosten rajapinnoille. Ajan myötä mikro-halkeamat ydintyvät näitä rajoja pitkin ja leviävät, kunnes kokonaiset osat irtoavat toisistaan. Tutkimus aiheesta3D-painetut komposiittirakenteetvahvistaa, että kerrosten välinen vetojännitys kerrosten rajoilla ajaa delaminoitumisen alkamisen - kun kerrosten välinen vetolujuus (ILTS) ylittyy, vika on äkillinen eikä asteittainen. Kuulet usein terävän halkeilun, ja suulake halkeaa kerrosviivaa pitkin ilman ennakkovaroitusta.
• Pinnan kulumisen heikkeneminen, joka vaikuttaa osien viimeistelyyn.Jokainen meistojakso sisältää metallilevyn liukumisen meistin pintaa vasten voiman alaisena. Tämä liukuva toiminta hioo asteittain muotin pintaa, tasoittaa hienoja yksityiskohtia ja laajentaa toleransseja. Polymeerimuotteissa kuluminen ilmenee kiillotettuna kiillona, ​​joka kehittyy suurille-kosketusalueille, mitä seuraa mittahäviö, kun materiaalia poistetaan fyysisesti. Metalli-painetut meistit kestävät tätä paljon pidempään, mutta heikkenevät silti - varsinkin jos painatuksen pintakäsittely jättää mikro-piikkejä, jotka toimivat alkukulumispisteinä.
• Kitkalämmön kertymisestä johtuva terminen hajoaminen.Metallin ja muotin pinnan välinen kitka tuottaa lämpöä jokaisella puristusjaksolla. Tuotantonopeuksilla tämä lämpö kerääntyy nopeammin kuin suulake pystyy haihduttamaan sen. Polymeerisuuttimet ovat erityisen haavoittuvia, koska niiden lämpöpoikkeutuslämpötilat ovat suhteellisen alhaiset - PLA pehmenee 55 asteessa, ABS 95 asteessa, jopa CF-Nylon alkaa menettää jäykkyyttään yli 150 asteessa. Kun muotin pinnan lämpötila lähestyy näitä kynnysarvoja, muovauspinta deformoituu plastisesti kuormituksissa, joita se on aiemmin käsitellyt hienosti. Huomaat, että muotoiltujen osien tarkkuudet muuttuvat vähitellen, kun muotit "sienet" ovat korkeissa{9}}kosketuspisteissä.
• Puristushäiriö materiaalin myötörajan ylityksestä.Tämä on yksinkertaisin vika: muovausvoima yksinkertaisesti ylittää sen, mitä muotin materiaali kestää. Suulake murtuu, halkeilee tai muuttuu pysyvästi ensimmäisellä osumalla tai muutaman ensimmäisen jakson aikana. Toisin kuin muut tilat, pakkausvirhe ei ole progressiivinen - se on välitön ja katastrofaalinen. Näin tapahtuu, kun käyttäjät aliarvioivat muovausvoimia, käyttävät peltiä paksumpaa kuin suulake on suunniteltu tai ohittavat taustalevyn integroinnin.

Nämä neljä tilaa eivät toimi erillään. Lämpöpehmenevä muotti irtoaa pienemmällä kuormituksella. Pintakulunut muotti kehittää jännityspitoisuuksia, jotka nopeuttavat kerrosten eroamista. Käytännössä useimmat polymeerisuuttimet epäonnistuvat yhdistelmällä - lämpöpehmennys heikentää rakennetta, minkä jälkeen delaminaatio antaa viimeisen iskun.

Lieventämisstrategiat suunnittelun ja materiaalivalinnan avulla

Jokainen vikatila vastaa tiettyihin vastatoimiin. Et voi poistaa vikaa kokonaan, mutta voit työntää sitä pidemmälle tuotantoaikajanalla.

• Delaminaatiota vastaan:Tulostussuunta on vahvin puolustus. Orient kuolee, joten muodostavat kuormat puristavat kerroksia yhteen sen sijaan, että ne yrittäisivät erottaa niitä. Käytä gyroid-täytettä 70 %+ tiheydellä jakaaksesi kerrosten väliset jännitykset tasaisesti. Kasvata kehäkuoret 5–6 seinään, jolloin muodostuu paksu kiinteä raja, joka vastustaa halkeamien leviämistä. Kriittisissä muotteissa kannattaa harkita jatkuvaa kuituvahvistusta (CF-nylonkomposiitit) - upotettuja hiilikuituja, jotka siltaavat kerrosten rajat ja lisäävät dramaattisesti kerrosten välistä leikkauslujuutta.
• Pintakulumista vastaan:Levitä ohut epoksi- tai uretaanipinnoite polymeerisuuttimen muodostaville pinnoille. Tämä kova iho kestää hankausta perusmateriaalin sijaan, ja sitä voidaan käyttää uudelleen ajojen välillä. Metalliselle-painetuille muotteille, jälki-käsittele pinnan kiillotus poistaaksesi as-painetut karheushuiput, jotka nopeuttavat alkukulumista. Harkitse metallisuulakkeiden pintojen kuorimista puristusjäännösjännityksen aikaansaamiseksi, joka vastustaa halkeamien alkamista kulumiskohdissa.
• Lämpöhajoamista vastaan:Hidasta puristusjaksoasi. Jopa muutaman sekunnin lisääminen osumien väliin mahdollistaa kitkalämmön haihtumisen. Käytä materiaaleja, joilla on suurempi lämmönpoikkeutus - CF-Nylon tavallisen nailonin päälle, nylonia ABS:n päälle, ABS PLA:n päälle. Korkean-syklin-nopeuteen liittyvissä toimissa integroi jäähdytystaukoja tuotantojaksoon (leima 10 osaa, tauko 30 sekuntia). Metallis{10}}painetut muotit poistavat suurelta osin tämän huolen, koska työkaluteräkset säilyttävät ominaisuutensa selvästi huoneenlämpötilassa leimattaessa syntyvän kitkalämpötilan yläpuolella.
• Pakkausvikaa vastaan:Käytä aina metallista taustalevyä, joka jakaa puristusvoiman koko muotin jalanjäljelle. Älä koskaan ylitä 60–70 % muottimateriaalin julkaistusta puristuslujuudesta käytön aikana - tämä turvamarginaali selittää painettujen osien heikomman lujuuden verrattuna kiinteään ruiskuvalettuihin-muovattuihin tai muokattuihin vastaaviin. Jos olet epävarma, suorita voimalaskenta ennen ensimmäistä puristusjaksoa: jos vaadittu muovausvoima ylittää 50 % muotin nimelliskapasiteetista, siirry vahvempaan materiaaliluokkaan.

Toimintatavat ovat yhtä tärkeitä kuin suunnittelu. Voitele metallilevy kevyellä leimausöljyllä tai kuiva{1}}kalvovoiteluaineella kitkavoimien ja pintalämpötilojen vähentämiseksi samanaikaisesti. Tarkasta suutin säännöllisin väliajoin - 10–25 syklin välein polymeerin varalta, 500–1 000 välein metallin varalta. Vaihda mieluummin kuin korjaa polymeerisuuttimet; ne ovat halpoja ja tarpeeksi nopeita uusintatulostukseen, joten vaurioituneen työkalun käyttäminen saattaa romuttaa muotoutuneita osia.

Die Elinikäodotukset materiaaliluokittain

Joten kuinka kauan 3D-tulostetut stanssat kestävät-todellisessa tuotannossa? Tässä on mitä on odotettavissa eri materiaalien kirjossa, kun oletetaan, että suunnittelu, suuntaus ja käyttötavat ovat oikeat:

Nämä alueet oletetaan muodostavan ohutta{0}}alumiinia tai pehmeää terästä. Kovemmat levymetallit lyhentävät käyttöikää dramaattisesti - ruostumattoman teräksen muodostaminen CF-nylon-suuttimella saattaa tuottaa vain 10–30 osaa, ennen kuin pinta hajoaa hyväksyttävän toleranssin yli. Protolabs raportoi, että jopa ruiskumuotteissa (verrattavissa oleva kuormitettu-työkalusovellus) 3D--tulostettu polymeerityökalu ei yleensä tehoa 100 laukauksen jälkeen, kun taas metallityökalut voivat saavuttaa 10 000 laukausta ja enemmän. Leimausmuotteissa on samanlainen fysiikka, vaikka kuormitusprofiili vaihtelee.

Muotin kuluminen ja kestävyys riippuvat viime kädessä tuotantomäärästä. Polymeerimuotit ovat taloudellisesti järkeviä, kun tarvitset vähemmän kuin 100–500 osaa ja siedät säännöllistä uudelleenpainotusta. Metalli-painetut meistit oikeuttavat korkeammat ennakkokustannukset, kun määrät saavuttavat satoja tai tuhansia, jolloin yksi painatus korvaa kymmeniä polymeeripainoksia. Ja perinteinen koneistettu työkalu on edelleen oikea ratkaisu yli 100 000 osaa ylittäviin volyymiin, joissa jaksotettu osakohtainen hinta putoaa alle sen, mitä mikä tahansa lisäaine pystyy vastaamaan.

Tietäen, missä stanssasi epäonnistuu - ja suunnilleen milloin - muuttaa 3D-tulostetun muotin käyttöikää koskevan kysymyksen arvailusta suunnitteluksi. Voit ajoittaa vaihtotulosteita, budjetoida materiaalikustannukset koko tuotantojaksolle ja soittaa tietoon siitä, ylittääkö lisätyökalujen -osittainen taloudellisuus todella perinteiset menetelmät. Tämä kustannus-hyötyvertailu ansaitsee oman jäsennellyn kehyksensä.

Kustannus-hyötykehys työkalupäätöksille

Vikatilan tieto kertookunsuulake on vaihdettava. Mutta kuinka monta vaihtosykliä sinulla on varaa ennen kuin talous kaatuu sinua vastaan? Todellinen kysymys jokaisen 3D-tulostetun meistin kustannuksista ja perinteisistä työkaluista käytävän keskustelun taustalla ei ole se, kumpi menetelmä on halvempi per stange -, vaan se, mikä menetelmä tuottaa kokonaistuotantosi alhaisin kustannuksin muotoiltua osaa kohti.

Tämä laskelma sisältää enemmän muuttujia kuin useimmat ihmiset ymmärtävät. Puretaan se.

Kustannustekijät 3D-tulostuksessa verrattuna perinteiseen työkaluun

Leimausmuotin kustannusvertailussa on otettava huomioon kuusi erillistä kustannustekijää, ei vain itse työkalun tarran hintaa:

• Die materiaalin hinta:Polymeeri FDM-suulake voi maksaa 5–30 dollaria filamenttina. SLA-suulake maksaa noin 30 dollaria sisäisestä-tulostuksesta. Maraging-teräkseen painettu metalli-suulake maksaa noin 200–500+ koosta ja monimutkaisuudesta riippuen. Perinteisesti koneistettu työkaluterässuulake maksaa tyypillisesti 450–2 $,{12}} vastaavan geometrian osalta.
• Tulostus- tai työstöaika:Polymeerimuotit painavat 10–24 tunnissa. Metalli-painetut suulakkeet vaativat 1–5 päivää plus lämpökäsittely. Perinteinen koneistus ja ulkoistaminen kestää 15–25 arkipäivää. Aika on rahaa, kun tuotantosi määräaika on kiinteä.
• Jälkikäsittelytyö-:Hionta, pinnoitus, mittojen tarkistus ja taustalevyn integrointi lisäävät 1–4 tuntia per polymeerisuulake. Metalli-painetut meistit tarvitsevat jännityksenpoistoa, pintakäsittelyä ja mahdollisesti EDM-- lisäkustannuksia, jotka voivat olla 15–40 % metallisten AM-osien kokonaiskustannuksista.
• Painamisjakson vaikutus:Polymeerimuotit vaativat hitaampia paininnopeuksia iskukuormituksen välttämiseksi, mikä vähentää suorituskykyä 30–50 % verrattuna karkaistuun terästyökaluun. Yli satojen osien nopeusrajoitus lisää työ- ja koneaikaa.
• Muotin vaihtotaajuus:200 osaa kestävä CF-nylon-suulake tarkoittaa viittä uusintapainosta 1 000 -osaa kohti. Jokainen vaihto lisää materiaalikustannuksia, tulostusaikaa ja asennustyötä. Metallipainettu suulake kattaa saman ajon ilman vaihtoa.
• Mahdollisuus toimitusajan kustannukset:Perinteisten työkalujen odottaminen 4–6 viikkoa tarkoittaa tulojen viivästymistä, markkinaikkunoiden puuttumista tai käyttämättömiä kokoonpanolinjoja. Yön aikana painettu meisti antaa sinun aloittaa muovauksen huomenna. Aika-kriittisissä projekteissa tämä nopeusetu voi olla suurempi kuin korkeampi-osakustannus.

Tuotantovolyymin kannattavuusanalyysi

Metallien leimausmuotien kannattavuusanalyysi noudattaa ennustettavaa kaavaa. 3D-tulostuksen asennuskustannukset ovat lähes-nolla, mutta suunnilleen lineaarinen kustannusskaalaus - 50 osat maksavat noin 50 kertaa yksi osa. Perinteisellä työkalulla on korkeat kiinteät kustannukset, mutta ne laskevat nopeasti{5}}yksikköhintaa kohden, koska investointi jakautuu useampaan osaan. Crossover riippuu muotin materiaaliluokasta ja vaihtosuhteesta.

Näin taloudellinen tilanne muuttuu volyymitasojen välillä pienen volyymin leimaustyökalujen kustannusskenaarioissa:

Huomaa jakoalue 50 ja 200 osan välillä. Tämän alueen alapuolella polymeerisuuttimet hallitsevat, koska meisti itsessään maksaa niin vähän, että jopa useat vaihdot ovat halvempia kuin yksi tavanomaisesti koneistettu työkalu. Tämän alueen yläpuolella tavanomaisten työkalujen kestävyys tarkoittaa nollaa vaihtokustannuksia, ja suuri kiinteä investointi laimentuu niin paljon osia varten, että se laskee lisätaloudellisuuden alapuolelle -osakohtaisesti.

Metalliset{0}}painetut muotit ovat strateginen keskitie. Ne maksavat etukäteen enemmän kuin polymeeri, mutta ne eliminoivat vaihtosyklin, joka heikentää polymeerin taloudellisuutta suuremmilla määrillä. 100–10 000 osan ajoissa ne edustavat usein makeaa kohtaa -, joka on riittävän kestävä vaihtamisen välttämiseksi, riittävän nopea välttääkseen tavanomaisen koneistuksen 4–6 viikon läpimenoajan ja riittävän kykenevä käsittelemään muovausvoimia, joita polymeeri ei kestä.

Matematiikka muuttuu entisestään, kun otetaan huomioon suunnittelun epävakaus. Jos kappaleen geometria saattaa muuttua ensimmäisen 50 kappaleen jälkeen, 1 500 dollarin upottaminen tavanomaiseen työkaluun tulee velkaa. 30 dollarin polymeerimuotti, jonka voit painaa uudelleen päivitetyllä geometrialla yön yli, ei sisällä melkein mitään riskiä, ​​jos muotoilu kehittyy. Tämä joustavuuspalkkio ei näy yksinkertaisessa per-osakustannuslaskelmassa, mutta se on todellinen - erityisesti tuotekehitysjaksojen aikana, joissa validointi ja iterointi tapahtuvat rinnakkain.

Loppujen lopuksi kustannusanalyysi ei yksin anna kokonaiskuvaa. Käytännöllisimmässä strategiassa yhdistetään usein menetelmiä: polymeerisuuttimet geometrian alkutarkistusta ja ensin-esinetestausta varten, sitten metalli-painettu tai tavanomainen muotti, kun malli on vakiintunut tuotantoa varten. Tämä vaiheittainen lähestymistapa minimoi sekä taloudellisen riskin että läpimenoajan - validoimalla konseptin halvalla ennen vakavan työkaluinvestoinnin tekemistä.

Nopeat prototyyppistrategiat osien validointiin

Vaiheittainen lähestymistapa - polymeeri kuolee ensin, sitten tuotantotyökalut - toimii vain, jos voit todella varmistaa, että osa on oikea ennen budjetin sitomista. Siellä osien validoinnista ennen tuotantotyökaluja tulee todellinen portinvartija. Muotin painaminen ja muutaman kappaleen muodostaminen kertoo, onko geometria fyysisesti saavutettavissa. Se ei välttämättä kerro, sopiiko osa kokoonpanoon, täyttääkö vaatimukset kuormitettuna vai voidaanko se valmistaa mittakaavassa ilman kalliita korjauksia.

Leimatun komponentin validointi vaatii enemmän kuin yhden menetelmän. Se vaatii oikean menetelmien yhdistelmän oikeassa kehitysvaiheessa.

3D-tulostettujen meistien käyttö osien validointiin

3D-tulostetut meistit ovat erinomaisia ​​yhdessä tietyssä validointitehtävässä: sen todistamisessa, että tietty metallilevygeometria voidaan muodostaa, että takaisinjousi- voidaan kompensoida ja että aihio kehittyy oikein. Kun luot metallilevymuovauksen prototyypin sisäisellä polymeerisuuttimella, vastaat muovattavuutta koskeviin kysymyksiin - voidaanko tätä muotoa leimata ilman repeytymistä, rypistymistä tai liiallista joustamista-?

Se on todella arvokasta. Se saa kiinni suunnitteluongelmista, jotka muuten ilmaantuisivat vasta kalliiden tuotantotyökalujen rakentamisen jälkeen. Tiimit voivat validoida leimaussuulakkeen suunnittelun iteratiivisesti, tulostaa säädetyt meistit uudelleen tunneissa ja testata useita geometriaversioita yhdessä päivässä. Varhaisen-vaiheen konseptityössä mikään muu ei vastaa tätä nopeutta.

Mutta muotoiltavuuden validoinnilla on rajansa. Polymeerisuuttimeen muodostettu osa voi poiketa mitoiltaan samasta karkaistun terästyökalun päälle muodostetusta osasta - erilainen pintakitka, itse muotin erilainen elastinen taipuma, erilainen lämpökäyttäytyminen. Muodostunut prototyyppi vahvistaalähentäägeometria, ei tuotanto{0}}tarkkoja mittoja. Tiukkojen kokoonpanojen, toleranssi-kriittisten rajapintojen tai todellisten kuormitusten alaisen toiminnan testaamiseen tarvitaan osia, jotka on valmistettu menetelmillä, jotka ovat lähempänä lopullisia tuotantoolosuhteita.

Integroi useita nopeita prototyyppimenetelmiä

Metallileimattujen osien nopea prototyypitys toimii parhaiten etenemisenä yksittäisen vaiheen sijaan. Jokainen menetelmä kattaa erilaisen validointitarpeen:

• 3D-tulostetut meistit (talossa:-):Vahvista muovattavuus, jousto{0}}takakäyttäytyminen ja tyhjä kehitys. Nopea, halpa, ihanteellinen geometrian tutkimiseen.
• CNC{0}}koneistetut prototyypit:Valmista kiinteästä varastosta osia, jotka vastaavat tarkasti lopullisia mittoja. Hyödyllinen sopivuuden tarkistuksissa, kokoonpanon validoinnissa ja toimintatestauksissa, joissa materiaalien ominaisuuksien on vastattava tuotantotarkoitusta.
• Peltivalmistus (laserleikkaus + jarrupuristus):Luo osia käyttämällä todellisia tuotanto--pelti- ja muovausprosesseja. Vahvistaa valmistettavuuden oikeilla materiaaleilla ja tarjoaa ympäristö- tai kuormitustestaukseen sopivia osia.
• DFM-palaute:Osageometrian asiantuntijakatsaus leimausprosessin rajoituksiin - taivutussäteet, rakeiden suuntaus, vetosyvyysrajoitukset - ennen kuin työkaluinvestointi lukitsee suunnittelun.

Näitä menetelmiä yhdistävät tiimit havaitsevat ongelmat halvimmassa mahdollisessa vaiheessa. Muovattavuusongelma, joka havaittiin 30 dollarin painetussa muotissa, säästää 1 500 dollarin perinteisen työkaluversion. CNC-{5}}koneistetun prototyypin sovitusongelma säästää viikkojen tuotantoviivettä. Varhainen DFM-palaute estää molemmat.

Tuote{0}}kehitystiimille, jotka tarvitsevat ammattitason-validointia enemmän kuin-talon 3D-tulostustyökaluilla,YICHENin nopeat prototyyppipalvelutkattaa konseptin validoinnin ja tuotantositoutumisen välinen kuilu. YICHEN yhdistää nopean CNC-prototyyppien, peltivalmistuksen ja varhaisen DFM-palautteen yhdeksi työnkuluksi. YICHEN auttaa tiimejä validoimaan metallileimattuja osia tuotannon-edustavalla tarkkuudella -, joka vahvistaa muodon, sopivuuden ja toiminnan ennen täyden työkaluinvestoinnin alkamista.

Tämä kerrostettu validointitapa ei vain vähennä riskiä. Se lisää luottamusta siihen, että suunnittelu, jota aiot työstää tuotantoon, on itse asiassa haluamasi -, ei sellainen, joka tarvitsee hätätarkastuksia ensimmäisen pilottiajon jälkeen. Jäljellä oleva kysymys on, kuinka päättää, minkä polun tietty projektisi tarvitsee.

Oikean työkalupolun valitseminen projektillesi

Jokainen työkalupäätös perustuu kouralliseen muuttujaan: kuinka monta osaa tarvitset, kuinka nopeasti tarvitset niitä, kuinka vakaa suunnittelusi on ja kuinka tiukat toleranssien tulee olla. Sen sijaan, että käsittelisit 3D-tulostettuja vs. tavanomaisia ​​leimausmuotit joko-tai valintana, ajattele niitä erilaisina työkaluina eri vaiheissa. Tässä on työkalupäätöskehys, johon valmistustiimit voivat hakea välittömästi.

Kun 3D-tulostetut meisterit ovat oikea valinta

Kun tiedät, milloin käyttää 3D-tulostettuja leimausmuotit, säästät sekä aikaa että budjettia. Ne sopivat hyvin näihin skenaarioihin:

• Geometrian vahvistus:Sinun on varmistettava, että leimattu muoto on fyysisesti saavutettavissa, ennen kuin investoi tuotantotyökaluihin.
• Pieni määrä tuotanto (alle 100–500 osaa):Osakohtainen talous- suosii tulostamista koneistuksen sijaan, kun vaihtotiheys pysyy hallittavissa.
• Suunnittelun epävakaus:Kappaleen geometria kehittyy edelleen, ja 30 dollarin meistin uudelleen painaminen onnistuu 1 500 dollarin koneistetun työkalun uudelleenkäsittelyn.
• Aika{0}}kriittiset projektit:Tarvitset muotokappaleita huomenna, et neljän tai kuuden viikon kuluttua.
• Pehmeät metallit ohuilla mitoilla:Alumiini, kupari tai pehmeä teräs, jonka paksuus on alle 0,8 mm - ja jotka pysyvät polymeerisuuttimen kuormitusrajojen sisällä.
• Opetus- tai harrastustyö:Budjetti ja käytettävyys ovat tärkeämpiä kuin tuotantotason{0}}kestävyys.

Nämä ovat aitoja pienen volyymin metallileimausratkaisuja, jotka toimittavat oikeita osia ilman tavanomaisten työkalujen taloudellista sitoutumista. Tärkeintä on tunnistaa niiden rajat rehellisesti - ja tietää, milloin projektisi on ylittänyt ne.

Milloin investoida ammattimaiseen työkalutukeen

3D-tulostetut meistit vahvistavat konsepteja. Tuotanto vaatii enemmän. Jos jokin näistä ehdoista täyttyy, on aika siirtyä pidemmälle kuin omat-lisäainetyökalut:

• Suunnittelu on viimeisteltyja määrät ylittävät 500–1 000 osaa.
• Toleranssit tiukemmat kuin ±0,2 mmvaaditaan muodostetuissa ominaisuuksissa.
• Pelti on ruostumatonta terästä, -lujaa terästä tai paksumpaa kuin 1,0 mm pehmeää terästä.
• Osien on läpäistävä toiminta- tai ympäristötestaustuotanto{0}}edustavalla tarkkuudella.
• Kokoonpanon sopivuuden tarkastuksetvaativat tarkan mittojen mukaisuuden yhteensopivien komponenttien välillä.

Tässä asemassa oleville joukkueilleYICHENin nopeat prototyyppipalveluttarjoaa loogisen sillan 3D-painetun meistiprototyyppien valmistuksen ja täyden tuotantotyökalusitoumuksen välillä - yhdistämällä nopean CNC-prototyyppien, metallilevyvalmistuksen ja varhaisen DFM-palautteen, jotta osat voidaan validoida tuotantotarkkuudella-, ennen kuin sitoudut vakavaan pääomaan. Pelkästään tämä varhainen DFM-tarkistus voi estää kalliit työkalupäivitykset, jotka vaivaavat tiimejä, jotka ohittavat validoinnin ja siirtyvät suoraan tuotantoon.

Älykkäin polku ei yleensä ole yksi tai toinen menetelmä - se on eteneminen. Aloita 3D-tulostetulla muotilla todistaaksesi muovattavuus. Vahvista sopivuus ja toiminta ammattimaisella prototyyppityksellä. Sitoudu sitten tuotantotyökaluihin luottavaisin mielin, että suunnittelu on lukittu. Tämä vaiheittainen lähestymistapa minimoi sekä taloudellisen riskin että-markkinointiajan-ja antaa sinulle muotoiltuja osia jokaisessa vaiheessa ilman, että käytät työkalubudjettiasi vahvistamattomaan geometriaan.

Usein kysyttyjä kysymyksiä 3D-tulostetuista metallileimausmuotteista

1. Kuinka monta osaa 3D-tulostettu leimausmuoti voi tuottaa ennen vikaantumista?

Muotin käyttöikä vaihtelee dramaattisesti materiaaliluokittain. PLA-suuttimet kestävät tyypillisesti 5-30 osaa ennen lämpöhajoamista tai puristusvikaa. Nylon- ja CF-nailonkomposiitit laajentavat sen 50-500 osaan oikeissa olosuhteissa. Maraging-teräksestä painetut metalli-muotit kestävät 10 000 - 100{10}} muovausjaksoa, kun taas DMLS:n kautta painetut H13-työkaluteräsmuotit voivat saavuttaa 500 000 sykliä. Näissä luvuissa oletetaan, että työkappaleena on ohut alumiini tai mieto teräs - kovemmat levyt lyhentävät käyttöikää merkittävästi.

2. Voitko käyttää 3D-tulostettua muotia ruostumattoman teräksen leimaamiseen?

Polymeeri 3D-painetut meistit eivät voi muodostaa luotettavasti ruostumatonta terästä millään käytännöllisellä mittarilla. Ruostumattoman teräksen korkea myötölujuus (200{3}}290 MPa hehkutetussa tilassa) yhdistettynä aggressiiviseen työ-karkaisuun synnyttää muovausvoimia, jotka ylittävät polymeerin puristuskapasiteetin. Maraging-teräksestä tai H13-työkaluteräksestä laserjauhepetisulatuksen avulla valmistetut metalli-painetut meistit voivat leimata ruostumatonta terästä tehokkaasti. Oaklandin yliopistossa tehty tutkimus osoitti, että pinnoitetut 3D{12}}painetut metalliosat leimasivat onnistuneesti 50 000 osaa erittäin lujasta teräksestä ilman merkittävää pintavaurioita.

3. Mikä täyttökuvio on paras 3D-painetuille leimausmuotteille?

Gyroid-täyttö 70 %:n tai sitä korkeammalla tiheydellä on suositeltu oletusasetus useimmissa leimaussovelluksissa. Sen jatkuva kaareva geometria tarjoaa lähes-isotrooppisen lujuuden, vastustaa voimia tasaisesti kaikkiin suuntiin ja käsittelee hyvin leikkauskuormia. Kuutiotäyte toimii meisteissä, joissa on puhtaasti pystysuora puristuskuormitus, kuten yksinkertaiset V-taivutukset, kun taas ruudukkokuviota tulisi käyttää vain tasapohjaisissa-pohjaisissa meistiissä ilman irrotus-akselivoimia. 80 % täyttötiheyden ylittäminen osoittaa heikkenevän lujuuden tuoton suhteessa lisättyyn tulostusaikaan.

4. Onko 3D-tulostettu muotti halvempi kuin koneistettu leimaussuulake?

Alle 100 osan tuotantosarjoissa polymeeristä 3D-painetut meistit maksavat noin 35-150 dollaria, mukaan lukien vaihdot, verrattuna 500-2,000+ dollariin perinteisesti koneistetuissa työkaluissa. Katkaisupiste on tyypillisesti 50-200 osaa riippuen muotin materiaalista ja vaihtotiheydestä. Metalliset -painetut meistit (300–600 dollaria) ovat keskitie, ja niistä tulee kustannustehokkaita 100–10 000 osaajon aikana, jolloin ne eliminoivat sekä polymeerisuuttimien vaihtosyklin että perinteisen koneistuksen pitkän läpimenoajan. Yli 10 000 osaa, perinteinen työkalu yleensä voittaa osakohtaisen talouden.

5. Miten kompensoit jousen-takaisin, kun käytät 3D-tulostettuja meistiä?

Jousi-selkäkompensointi vaatii yli-muotin geometrian taivutusta, jotta metallilevy rentoutuu takaisin tavoitekulmaan lehdistötiedotteen jälkeen. Nopein lähestymistapa polymeerisuulakkeilla on iteratiivinen: tulosta, muodosta testiosa, mittaa todellinen jousi{3}}takaisinpoikkeama, säädä CAD-mallia tällä määrällä ja tulosta uudelleen. Koska polymeerisuuttimet maksavat vain muutaman dollarin ja tulostavat tunneissa, useat iteraatiot ovat käytännöllisiä. Kun kyseessä on metallipainettu -suulake, tarkista jousi-takaisinkompensaatio ensin polymeerissä ja kiinnitä sitten korjattu geometria metalliprinttiin. Lujat{9}}materiaalit saattavat tarvita 73–78 asteen suutinkulmat, jotta kimmoisuus palautuisi merkittävästi.