3D drukātas štancēšanas formas: samaziniet instrumentu izmaksas, negriežot stūrus

Izskaidrotas 3D drukātās štancēšanas formas

Iedomājieties, ka nepieciešams pielāgots formēšanas rīks lokšņu metāla detaļai, taču CNC{0}}apstrādāta tērauda presformas cena ir tūkstošiem dolāru un nedēļu ilga izpildes laiks. 20 daļu prototipam šī matemātika darbojas reti. Tieši šeit iederas 3D drukātās štancēšanas presformas.

3D drukātās štancēšanas presformas ir piedevas-ražotās instrumentu sastāvdaļas - perforatori, presformu bloki vai formēšanas instrumenti -, ko izmanto lokšņu metāla veidošanai, izmantojot presēšanas spēku, un tiek ražoti, izmantojot slāni-ar-slāņa izgatavošanu, nevis tradicionālo instrumentu tērauda CNC apstrādi.

Šie instrumenti neaizstās rūdītā tērauda presformas 500 000 -detaļu ražošanas līnijā. Taču prototipu izstrādei, dizaina apstiprināšanai un īsiem ekspluatācijas periodiem tie novērš izmaksu un izpildes laika šķēršļus, kas veido darbības, kas ir ierobežotas ar lieliem minimālajiem ieguldījumiem. Pētījumi parUz FDM{0}} balstīti instrumenti lokšņu metāla formēšanaiapstiprina, ka ar piedevām ražoti formēšanas rīki nodrošina ievērojamas izmaksu priekšrocības gan viengabala, gan nelielas{1}}sērijas ražošanā salīdzinājumā ar tradicionālajām metālapstrādes metodēm.

Kas ir 3D drukātās štancēšanas presformas

To pamatā ir funkcionālas presformas sastāvdaļas, kas apdrukātas no inženiertehniskās plastmasas, sveķiem vai saķepinātiem metāliem. Tos uzstāda hidrauliskajā presē vai lapenes presē tāpat kā parastos instrumentus. Atšķirība ir ražošanas metodē: tā vietā, lai noņemtu materiālu no tērauda sagataves, jūs veidojat presformas ģeometriju slāni pa slānim no CAD faila. Tas padara3D drukātas presformas ātrai prototipēšanaiatkārtojas un lēti nomainīt, kad dizains mainās.

Kas gūst labumu no drukātiem instrumentiem

Lietotāju bāze aptver plašu klāstu:

• Produktu dizaineri, kas apstiprina izveidotās lokšņu metāla ģeometrijas pirms ražošanas instrumentu izmantošanas
• Prototipu izstrādes komandas, kurām ir vajadzīgas funkcionālas metāla detaļas laika skalā, ko mēra dienās, nevis mēnešos
• Maza apjoma{0}}ražotāji, kas ražo 10–500 detaļu, kur tradicionālās instrumentu izmaksas nekad neamortizējas
• Hobiji un mazi veikali, kas izmanto hidrauliskās vai lapenes preses pielāgotiem kronšteiniem, korpusiem un veidotām sastāvdaļām

Šajā rokasgrāmatā ir apskatītas 3D drukātas lokšņu metāla štancēšanas presformas visās lielākajās drukas tehnoloģiju un materiālu klasēs. Tas ir tehnoloģiju-agnostiķis -, neviens printera zīmols vai materiālu piegādātājs nesaņem labvēlīgu attieksmi. Jūs atradīsiet godīgu informāciju gan par iespējām, gan ierobežojumiem, tostarp maza apjoma štancēšanas veidņu alternatīvām, kas ir saprātīgas, un scenārijus, kad tie neatbilst.

Patiesais jautājums nav par to, vai iespiestās presformas darbojas. Tas ir tas, kura tehnoloģija, materiāli un dizaina pieeja atbilst jūsu īpašajām formēšanas prasībām -, un tas sākas ar paša drukāšanas procesa izpratni.

Pareizās 3D drukas tehnoloģijas izvēle presformām

Katrs drukāšanas process molekulārā līmenī veido veidni atšķirīgi, un tas tieši nosaka, kā rīks darbojas presēšanas spēka ietekmē. Matrica, kas apdrukāta ar kausētu pavedienu, nedarbosies kā tāda, kas cietināta no šķidriem sveķiem vai saķepināta no metāla pulvera. Labākā 3D drukāšanas tehnoloģija presformu štancēšanai ir pilnībā atkarīga no tā, ko jūs veidojat, cik daudz detaļu jums ir nepieciešams un cik lielu spēku prasa darbība.

Šeit ir praktisks 3D drukāšanas tehnoloģiju salīdzinājums instrumentiem četrās galvenajās procesu grupās.

FDM veidnes zemai{0}}piespiedu formēšanai

Fused Deposition Modeling (FDM) ir vispieejamākais ievades punkts. Galddatora iekārta izspiež termoplastiskos pavedienus slāni pa slānim, veidojot presformas ģeometriju stundās par dažiem dolāriem par materiālu. Kompromiss? Slāņu līnijas veido redzamu kāpņu-pakāpju tekstūru uz formēšanas virsmām, un saķere starp slāņiem vienmēr ir vājāka nekā pats materiāls. Šai anizotropijai ir nozīme, jo veidojošie spēki bieži noslogo matricu perpendikulāri slāņa plaknēm.

FDM presformas labi darbojas vienkāršiem līkumiem un maza{0}}spēka veidošanai plānā alumīnijā vai misiņā. Jūs ievērosiet, ka tie darbojas vislabāk, ja saspiešanas slodze tiek sadalīta lielā platībā, nevis koncentrēta uz asām malām. Salīdzinot FDM un SLA formēšanas presformām, galvenā FDM priekšrocība ir izmaksas un iterācijas ātrums. Galvenais trūkums ir virsmas apdare un izmēru pielaide, kas parasti ir no +/- 0.3 līdz 0,5 mm atkarībā no printera un materiāla.

SLA un SLS Precision Die Applications

Stereolitogrāfija (SLA) sacietē šķidros sveķus ar gaismu, veidojot presformas ar gludām virsmām un daudz stingrākām pielaidēm nekā FDM.Formlabs pētījumi par SLA{0}}drukātajiem formēšanas rīkiempierādīja, ka stingras sveķu presformas var izturēt ievērojamus presēšanas spēkus, ja tās ir pareizi izstrādātas, un gludās virsmas apdare novērš pulēšanas posmu, kas dažkārt nepieciešams metāla presformām. SLA daļas ir arī izotropiskas, kas nozīmē, ka izturība krasi nemainās līdz ar uzbūves orientāciju. Tas padara tos par labāku izvēli nekā FDM, veidojot spēkus no vairākiem virzieniem.

Selektīvā lāzera saķepināšana (SLS) sakausē polimēru pulveri apsildāmā gultā. Tā kā nekausēts pulveris atbalsta daļu drukāšanas laikā, SLS presformās var būt sarežģītas ģeometrijas, nezaudējot struktūras integritāti. SLS drukāto presformu izmēru precizitāte parasti ir no +/- 0.1 līdz 0,3 mm, un iegūtās neilona daļas nodrošina izcilu stingrību un triecienizturību. Virsmai ir nedaudz graudaina tekstūra no pulvera, taču tā ir viendabīgāka nekā FDM slāņa līnijas un pārnes mazāk redzamus marķējumus uz veidotajām daļām.

Metāla saķepināšana augstām{0}}slodzes prasībām

Kad formēšanas spēki pārsniedz to, ko spēj izturēt jebkurš polimērs, metāla saķepināšanas presformas lokšņu metāla štancēšanai kļūst par ceļu uz priekšu. Selektīvā lāzerkausēšana (SLM) un tiešā metāla lāzera saķepināšana (DMLS) ražo pilnībā blīvas metāla presformas no alumīnija, nerūsējošā tērauda vai instrumentu tērauda pulveriem. Šīs presformas var izturēt tādus pašus spēkus kā mehāniskie instrumenti, kā arī papildu priekšrocības, ko nodrošina iekšējie dzesēšanas kanāli vai svaru -samazinošas režģu struktūras, ko nevar radīt parastā apstrāde.

Metāla-apdrukātās presformas maksā ievērojami dārgāk, un tām ir nepieciešama pēc-apstrāde, piemēram, spriedzes mazināšana, atputināšana un bieži vien kritisko virsmu apstrāde. Tie ir piemēroti ģeometrijām, kuras parasti ir dārgi apstrādāt vai ja konformālās īpašības attaisno procesa slogu.

Shēma ir vienkārša: pieaugot spēka prasībām un detaļu skaitam, jūs pārejat no FDM caur SLA un SLS uz metālu. Taču lēmums neattiecas tikai uz kravnesību. Presforma, kurai jāražo detaļas ar stingru izmēru kontroli un tīrām virsmām, var attaisnot SLA pat pie mazākiem spēkiem, savukārt aptuvens prototipa izliekums var palikt uz FDM neatkarīgi no pieejamā budžeta.

Tehnoloģijas izvēle ir tieši saistīta ar nākamo kritisko lēmumu: kurš konkrētais materiāls katrā procesu saimē nodrošina jūsu veidnei nepieciešamās mehāniskās īpašības, lai izturētu atkārtotus formēšanas ciklus.

Materiālu izvēles rokasgrāmata drukātām formēšanas presformām

Materiāls, ar kuru jūs drukājat, nosaka, cik lielu spēku jūsu matrica var izturēt, cik ciklu tas iztur un vai izveidotā daļa ir tīra vai iezīmēta. Divas veidnes ar identisku ģeometriju darbosies pilnīgi atšķirīgi, ja viena ir apdrukāta ar PLA, bet otra - ar stikla-šķiedru-pastiprināta neilona. Labākā kvēldiega materiāla izvēle štancēšanas presformām nozīmē mehānisko īpašību pielāgošanu konkrētajai formēšanas slodzei un lokšņu metāla veidam.

Termoplastiskie materiāli presformu veidošanai

FDM kvēldiegu diapazons ir no budžeta -draudzīgām opcijām, kas piemērotas vienreizējai-lietojuma prototipu veidošanai, līdz inženierijas- kvalitātes polimēriem, kas spēj veikt simtiem formēšanas ciklu. Lūk, kā tiek apkopotas izplatītākās izvēles:

• PLA- Augsta stingrība ar stiepes izturību aptuveni 50 MPa, bet trausla trieciena laikā un mīkstina, ja temperatūra pārsniedz 60 °C. Piemērots, lai -}piemērotu-konceptuālu izliekumu plānā alumīnijā, taču var rasties plaisāšana, atkārtoti lietojot.
• ABS- Labāka triecienizturība nekā PLA un iztur temperatūru līdz aptuveni 100 °C. Spiedes izturība ir aptuveni 70–80 MPa, kas padara to piemērotu mērenām formēšanas slodzēm uz mīkstiem metāliem.
• PETG- Līdzsvaro izturību un vieglu drukāšanu. Stiepes izturība tuvu 50-60 MPa ar labāku slāņa saķeri nekā ABS, kam ir nozīme, veidojot spēkus, kas spiežas pret slāņa plaknēm.
• Neilons (PA6/PA12)- Šeit sākas nopietns darbs. Neilons nodrošina izcilu stingrību, noguruma izturību un spiedes izturību 80-100 MPa diapazonā. Tas absorbē triecienus, kas varētu saplaisāt stingrus materiālus, padarot to labi piemērotu atkārtotām formēšanas darbībām.
• Polikarbonāts (PC)- Visaugstākās veiktspējas-parastais FDM materiāls presformām, ar stiepes izturību, kas pārsniedz 5200 PSI (aptuveni 36 MPa) un karstumizturību līdz 140 °C. Tā stingrības, triecienizturības un termiskās stabilitātes kombinācija padara to par labāko izvēli prasīgām formēšanas darbībām.

Novērtējot neilonu un polikarbonātu presformu veidošanai, lēmums bieži tiek pieņemts šādi: neilons labāk absorbē triecienus un iztur nogurumu daudzos ciklos, savukārt polikarbonāts nodrošina izcilu karstumizturību un stingrību lielākas -spēka un mazākas{1}}cikla lietojumiem. Neilona uzvaras atkārtotām lieces operācijām; polikarbonāts uzvar, ja veidnei ir jāiztur deformācija ilgstošas ​​lielas slodzes apstākļos.

Slāņa orientācija ir būtisks faktors, ko ir viegli nepamanīt. FDM daļas pēc savas būtības ir anizotropas - Z-ass (perpendikulāra slāņiem) parasti ir par 40-70% vājāka nekā XY-ass. Štancēšanas presformām tas nozīmē, ka druka ir jāorientē tā, lai veidojošie spēki saspiež slāņus kopā, nevis atdala tos. Matrica, kas noslogota tīrā kompresijā gar Z asi, darbojas labi, jo tiek saspiesti slāņi. Tā pati presforma, kas noslogota spriegojumā vai bīdē pāri slāņiem, neizdosies ar daļu no tā nominālās stiprības.

Materiāli uz sveķu-bāzes

Fotopolimēru sveķi piedāvā atšķirīgu kompromisu kopumu. Standarta sveķi ir trausli un slikti piemēroti formēšanai, taču inženierijas un cietās sveķu grupas maina vienādojumu. Sveķu 3D drukāto presformu spiedes izturība var sasniegt iespaidīgu līmeni: kompozītmateriālu-pastiprinātie sveķi sasniedz aptuveni 158 MPa spiedes stiprību, savukārt cietie inženiertehniskie sveķi nodrošina lieces izturību virs 130 MPa. Šie skaitļi stingrībā tos ievērojami pārsniedz lielāko daļu FDM termoplastu.

Galvenās sveķu kategorijas presēšanas darbiem:

• Standarta sveķi- Stiepes izturība 20-50 MPa. Pārāk trausls formēšanas operācijām. Izvairieties.
• Izturīgi/ABS{0}}līdzīgi sveķi- Triecienizturība 41–48 J/m ar stiepes izturību aptuveni 40–70 MPa. Piemērots vieglai formēšanai, kur zināma elastība novērš katastrofālu plaisāšanu.
• Cietie/inženieriskie sveķi- Stiepes izturība 55–90 MPa un lieces veiktspēja virs 130 MPa. Tie iztur deformāciju zem slodzes un saglabā izmēru precizitāti, izmantojot formēšanas ciklus.

Sveķu priekšrocība salīdzinājumā ar FDM presformām ir tāda, ka ar SLA vai DLP apstrādātām izotropiskām - daļām ir konsekventas īpašības visās asīs, novēršot vājās -slāņa-savienojuma problēmu. Trūkums ir trauslums. Pat izturīgi sveķi var pēkšņi sabojāties trieciena slodžu ietekmē, bez redzamas deformācijas kā brīdinājuma.

Materiāla saskaņošana ar formēšanas slodzi

Tālāk esošajā tabulā ir attēlotas materiāla īpašības, salīdzinot ar praktisko formēšanas spēju:

Oglekļa šķiedras kvēldiegs instrumentiem ir pelnījis tuvāku apskati.Oglekļa šķiedras stiegrojums ievērojami palielina stingrību un izmēru stabilitātivienlaikus samazinot termisko izplešanos - īpašību, kas saglabā veidnes ģeometrijas konsekvenci atkārtotos formēšanas ciklos. Sasmalcinātās šķiedras darbojas kā iekšējais stiegrojums, paaugstinot spiedes izturību un pretoties šļūdei, ko nepiepildītiem polimēriem piedzīvo ilgstošas ​​slodzes.

Tātad, kad izmaksu piemaksai ir jēga? Kompozītmateriāli-pildīti pavedieni attaisno savu cenu, ja jums ir nepieciešami vairāk nekā 50 formēšanas cikli, kad svarīga ir izmēru stabilitāte temperatūras izmaiņu laikā vai kad formēšanas ģeometrijai ir plānas iezīmes, kas nepildītā neilonā varētu izlocīties. Vienreizējai-izliekuma prototipam pietiek ar standarta neilonu. Formēšanai, kurai periodiski lietojot nedēļas, ir jāražo konsekventas detaļas, ar oglekļa -šķiedru- pastiprinātu neilonu tiek nodrošināti ievērojami labāki rezultāti par katru iztērēto dolāru.

Materiāla īpašības nosaka griestus tam, ko jūsu matrica var izturēt. Taču pašas formas ģeometrija - sienas biezums, pildījuma blīvums un klīrensa pielaides - nosaka, vai jūs patiešām sasniedzat šos griestus vai nesasniedzat tos.

Dizaina vadlīnijas 3D drukātajai die ģeometrijai

Spēcīgs materiāls, kas apdrukāts ar sliktu ģeometriju, joprojām rada vāju presformu. Sienas biezums, aizpildīšanas stratēģija un klīrensa pielaides ir jebkura drukāta formēšanas instrumenta strukturālais pamats, un to nepareiza noteikšana ir ātrākais ceļš uz saplaisājušiem caurumojumiem un nekonsekventām daļām. Ar piedevām ražotu presformu projektēšanas noteikumi būtiski atšķiras no parastajiem mehāniskajiem instrumentiem, jo ​​jūs strādājat ar slāņveida, anizotropu materiālu, nevis viendabīgu tēraudu.

Sienas biezuma un iegrimes leņķa noteikumi

Sienas biezumam 3D drukātajām formēšanas presformām ir jāņem vērā gan drukājamība, gan slodzes izturība pret presēšanas spēku. Atšķirībā no vizuālajiem prototipiem, kur plāni apvalki taupa materiālu, štancēšanas instrumentiem ir nepieciešami biezi, cieti perimetri, kas sadala formēšanas spriegumu, nelocoties vai plaisājot.

Attiecībā uz FDM mirstībām,inženierzinātnēs{0}}pārbaudītās vadlīnijaslai nodrošinātu uzticamu perimetra ģenerēšanu -, ieteicams vismaz 2–3 reizes lielāku par sprauslas diametru, taču funkcionālajiem instrumentiem ir jāpārsniedz šis minimums. Rūpnieciskiem lietojumiem, piemēram, veidnēm un mehānismiem, parasti ir nepieciešams sienu biezums diapazonā no 5 līdz 10 mm, lai nodrošinātu atbilstošu stingrību atkārtotas slodzes gadījumā.

Šeit ir jāievēro galvenās sienas un ģeometrijas noteikumi:

• Minimālais sienas biezums:4 mm vieglām{1}}formēšanas presformām (plāniem alumīnija līkumiem); 6-10 mm presformām, kas apstrādā mērenus formēšanas spēkus tēraudā vai biezākā materiālā
• Iegrimes leņķi:Uzklājiet 1-3 grādu iegrimes vertikālajām veidņu virsmām, lai atvieglotu daļas izgrūšanu un samazinātu berzi formēšanas laikā. Apdrukātajām presformām ir nedaudz lielāka iegrime nekā apstrādātajam tēraudam, jo ​​virsmas tekstūra palielina sagataves pretestību.
• Izvairieties no pēkšņām biezām{0}}uz-plānām pārejām:Pēkšņas sienas biezuma izmaiņas drukāšanas laikā rada stresa koncentrāciju un nevienmērīgu dzesēšanu, izraisot deformāciju vai iekšējos tukšumus, kas slodzes ietekmē vājina presformu. Mainot biezumu, izmantojiet pakāpenisku konusu vai fileju.
• Pievienojiet filejas iekšējiem stūriem:Asi iekšējie stūri koncentrē stresu un ir izplatīti plaisu rašanās punkti. Minimālais 2 mm iekšējais filejas rādiuss ievērojami pagarina formas kalpošanas laiku.
• Orientējiet veidojošās virsmas prom no slāņu līnijām:Novietojiet presformu tā, lai kritiskā formēšanas virsma būtu uzdrukāta plakana (XY plakne), nevis veidota vertikāli. Slāņi, kas saspiesti perpendikulāri to plaknēm, darbojas labi; slāņi, kas noslogoti spriegojumā vai bīdē pāri savienojuma līnijām, sabojājas 40–70% no nominālās materiāla stiprības.

Strukturālās integritātes aizpildīšanas stratēģija

3D drukātajam presformas uzpildes modelim izturībai ir lielāka nozīme nekā neapstrādātam uzpildes procentam. Matrica ar 50% žiroīda aizpildījumu var pārspēt 80% režģa aizpildījumu, jo iekšējā ģeometrija vienmērīgāk sadala spēku visā šķērsgriezumā.

Attiecībā uz štancēšanas presformām ņemiet vērā šīs aizpildīšanas vadlīnijas:

• Minimālais uzpildes blīvums 60-70%.presformām, kas apstrādā atkārtotas formēšanas slodzes. Zem šī sliekšņa iekšējie tukšumi pieļauj lokālu saspiešanu un iespējamu sabrukumu cikliskā spriedzē.
• Žiroīda vai kubiskā aizpildījuma rakstinodrošināt gandrīz{0}}izotropisku iekšējo atbalstu. Režģis un taisnleņķa raksti rada izlīdzinātas vājas plaknes, kas var nobīdīties zem-ass slodzes.
• 100% ciets pildījumsaugšpusē 5-8 mm tieši zem veidojošās virsmas. Tādējādi tiek izveidots ciets vāciņš, kas vienmērīgi pārnes presēšanas spēku zemāk esošajā uzpildes konstrukcijā, novēršot virsmas novirzi vai caurduršanu.
• Palieliniet apvalku/perimetru skaitu līdz 5-8 sienāmārējai robežai. Perimetri iztur vairāk slodzes nekā pildījums - vairāki nepārtraukti perimetri cikliskos spriegumus sadala efektīvāk nekā viena bieza siena, uzlabojot noguruma veiktspēju atkārtotos presēšanas ciklos.
• Izmantojiet ribiņas, nevis vienmērīgi palielinot pildījumu:Iekšējās ribas, kas orientētas perpendikulāri primārajam formēšanas spēkam, palielina stingrību daudz efektīvāk nekā palielinot vispārējo piepildījuma procentuālo daļu. Tas ietaupa drukas laiku, vienlaikus pastiprinot kritiskos slodzes ceļus.

Praktiska pieeja: apdruka ar 70% žiroīda pildījumu ar 6 perimetriem un 8 cietiem augšējiem slāņiem. Tas līdzsvaro drukāšanas laiku un konstrukcijas veiktspēju un nodrošina uzticamu sākumpunktu testēšanai.

Caurumošanas-līdz-izspiediena atstarpe drukātajiem instrumentiem

Standarta štancēšanas un presformas klīrenss metāla štancēšanai izmanto procentuālo formulu -par-malu, pamatojoties uz sagataves biezumu un materiāla cietību. Parastajiem tērauda instrumentiem,ieteicamais klīrenss parasti sākas ar 10% no sagataves biezuma katrā pusē, ar cietākiem materiāliem, kuriem nepieciešams līdz 15-20%.

Lai veiktu drukāto instrumentu perforatoru un presformu, ir nepieciešama korekcija, kas pārsniedz šīs standarta formulas divu iemeslu dēļ.

• Izmēru dispersija:Drukātajām presformām ir raksturīgās pielaides no +/- 0.1 līdz 0,5 mm atkarībā no drukāšanas procesa. Šī novirze jāpievieno nominālās klīrensa aprēķinam. FDM presforma ar +/- 0.3 mm pielaidi efektīvi novirza atstarpi līdz pat 0,6 mm abās instrumenta pusēs.
• Materiāla atbilstība:Polimēru presformas formēšanas spēka ietekmē elastīgi novirzās. Gājiena laikā matricas virsmas nedaudz saspiežas, īslaicīgi samazinot efektīvo klīrensu. Lai to kompensētu, palieliniet nominālo klīrensu par 5–10%, pārsniedzot to, ko jūs norādāt tērauda instrumentiem. Piemēram, ja tērauda presformas pārim ir nepieciešams 0,15 mm atstarpi uz katru pusi no 1,0 mm vieglā tērauda, ​​drukātam presformas pārim var būt nepieciešams 0,20–0,25 mm katrā pusē, lai sasniegtu līdzvērtīgus rezultātus.

Pārbaudiet klīrensu empīriski, sākot ar nedaudz lielāku izmēru un samazinot ar 0,05 mm soli pa iterācijām. Izmantojot drukātus instrumentus, pārskatītas presformas izgatavošana prasa stundas, nevis dienas, tāpēc klīrensa atkārtošana ir ātra un lēta.

Vēl viens apsvērums: veidojot ģeometrijas sarežģītību, vajadzētu sekot progresīvam ceļam. Sāciet ar vienkāršiem V-līkumiem, kur spēks ir paredzams un vienmērīgi sadalīts. Pārejiet uz U-līkumiem un kanālu formām tikai pēc tam, kad esat apstiprinājis kauliņu izdzīvošanu. Stiepes un saliktās formas rada stiepes slodzes visā matricas virsmā un daudzvirzienu spriegumu -, kam nepieciešams augstākais pildījuma blīvums, biezākās sienas un konservatīvākās klīrensa vērtības. Mēģinājums padziļināti novilkt pirmajā izdrukā gandrīz vienmēr beidzas ar vītnes lūzumu.

Šie dizaina parametri nosaka, ko veidne var strukturāli izdzīvot. Bet vienādojuma otra puse ir tas, kas veidojas - konkrētais metāla sakausējums, rūdījums un biezums, kas spiežas atpakaļ pret instrumentu, nosaka, vai jūsu ģeometrija noturas vai neizdodas.

Saderīgi metāli un biezuma ierobežojumi

Jūsu presformas materiāls nosaka griestus veidošanas spēkam. Taču lokšņu metāla atgrūšanās pret šo matricu ir tas, kas faktiski nosaka, vai operācija izdodas vai neizdodas. Ne katrs sakausējums labi darbojas ar polimēru instrumentiem, un pat kooperatīvie metāli kļūst problemātiski, tiklīdz biezums pārsniedz noteiktus sliekšņus. Izpratne par to, kādus metālus var apzīmogot ar drukātām presformām - un kur ir stingri ierobežojumi -, tiek novērsta izdruku izšķērdēšana un instrumentu saplaisāšana.

Apdrukātām presformām piemēroti sakausējumi un rūdījums

Mīksto, kaļamo metālu veidošanai ir nepieciešams mazāks spēks, kas tieši paplašina drukāto instrumentu izmantojamo diapazonu. Labākajiem kandidātiem ir kopīga iezīme: zema tecēšanas robeža apvienojumā ar lielu pagarinājumu pirms lūzuma.

• Alumīnija sakausējumi (1100, 3003, 5052, 6061-O):Ideāls sākumpunkts alumīnija formēšanai ar apdrukātām štancēšanas presformām. Piemēram, sakausējuma 5052-O tecēšanas robeža ir aptuveni 90 MPa, un pagarinājums pārsniedz 25%, tāpēc tas ir ļoti labi saderīgs ar polimēru presformām plānās mērierīcēs.
• Misiņš (C260, C270):Kasetņu misiņš atlaidinātā stāvoklī nodrošina lielisku formējamību ar tecēšanas robežu 100-120 MPa. Nedaudz cietākas uz presformām nekā alumīnijs, jo ir lielāka stingrība, bet labi atbilst polimēra iespējām plānam materiālam.
• Varš (C110, C101):Mirušais mīkstais varš veidojas ar ļoti mazu spēku un viegli pielāgojas presformas ģeometrijai. Lieliski piemērots drukātiem instrumentiem visos izplatītajos biezumos līdz pat presformas saspiešanas robežai.
• Viegls tērauds (1008, 1010, 1018):Rūdīts zema{0}}oglekļa tērauds ar tecēšanas robežu aptuveni 200–250 MPa. Darbojas ar pastiprinātām drukātām presformām plānās mērierīcēs, bet spēki ātri pieaug ar biezumu.
• Nerūsējošais tērauds (304, 316):Rūdītas austenīta kategorijas ir formējamas, taču tām ir nepieciešams ievērojami lielāks spēks nekā vieglajam tēraudam. Parasti polimēru presformu augšējā robeža attiecas tikai uz ļoti plāniem materiāliem ar augstas -stiprības materiāliem, piemēram, oglekļa-šķiedru neilonu vai stingriem sveķiem.

Temperatūras stāvoklis ir tikpat svarīgs kā sakausējuma izvēle.Rūdīšana atjauno elastību, pārkristalizējot graudu struktūru, kas samazina tecēšanas izturību un palielina pagarinājumu - abas īpašības, kas samazina formēšanas spēku, ar kuru jārīkojas jūsu veidnei. Pus-cietai 5052 alumīnija loksnei ir nepieciešams aptuveni divreiz lielāks lieces spēks nekā tā paša sakausējuma pilnībā atkausētā stāvoklī. Strādājot ar drukātiem instrumentiem, vienmēr norādiet atkvēlināto vai mīksto rūdījumu, ja vien pielietojumam īpaši nav nepieciešams stingrāks nosacījums pēdējā daļā.

Šīs attiecības ir vienkāršas: mīkstāks metāls nozīmē mazāku spriegumu, ilgāku stangas kalpošanas laiku un labāku saderību ar polimēru instrumentiem. Ja jūsu dizains pieļauj pēc-formēšanas termisko apstrādi vai rūdīšanu, sāciet ar atkausētu materiālu un pēc tam pievienojiet stiprību, nevis cīnieties ar stingrāku izturēšanos formēšanas posmā.

Biezuma ierobežojumi atkarībā no materiāla

Lokšņu metāla biezuma ierobežojumi 3D drukātajām presformām ir atkarīgi no mijiedarbības starp presformas spiedes stiprību un formēšanas spēku, ko rada dots metāls noteiktā biezumā. Biezāka masa eksponenciāli reizina nepieciešamo spēku -, loksnes biezuma divkāršošana aptuveni četrkāršo lieces spēku.

Šīs vērtības pieņem vienkāršus V{0}}līkumus ar pareizi izstrādātu atstarpi un mērenu līkumu garumu. Stiepes, saliktās formas un garās lieces līnijas palielina spēkus, kas nozīmē attiecīgi samazināt maksimālo pieļaujamo biezumu. Pilotpētījums, izmantojot3D drukātas Maraging tērauda presformas karstai štancēšanaidemonstrēja veiksmīgu 1,7 mm pārklāta bora tērauda formēšanu 800 ciklos -, apstiprinot, ka metāla-saķepinātās presformas tiek galā ar smagākiem izmēriem un cietākiem sakausējumiem ar ražošanas-izturīgumu.

Virsmas apdares pārnešana no formas uz detaļu

Lūk, detaļa, ko vairums instrumentu vadotņu pilnībā izlaiž: 3D drukāto instrumentu virsmas apdare tiek pārnesta tieši uz izveidoto lokšņu metālu. Katra slāņa līnija, katrs kāpņu-pakāpju artefakts un visas virsmas nepilnības uz formas virsmas tiek iespiestas apstrādājamā detaļā, nospiežot spēku. Uz mīkstajiem metāliem, piemēram, rūdīta alumīnija vai vara, šis efekts ir īpaši izteikts, jo materiāls formēšanas laikā cieši pieguļ presformas virsmai.

Smaguma pakāpe ir atkarīga no drukas tehnoloģijas:

• FDM nomirstatstāj visredzamāko atzīmi. Slāņu augstums 0,1-0,3 mm rada izciļņus, kas skaidri iespiežas plānā alumīnijā. Raksts ir virzīts un atkārtojams — jūs redzēsit paralēlas līnijas uz izveidotās daļas, kur vien tā saskaras ar matricas virsmu.
• SLA nomirstražot tīrākās virsmas starp polimēru iespējām. Slāņu augstums 0,025–0,05 mm atstāj minimālu redzamu tekstūru uz veidotajām daļām, kas bieži vien ir pieņemama bez papildu apstrādes.
• SLS nomirstpārnesiet no pulverveida{0}}saķepinātās virsmas nedaudz matētu, granulētu tekstūru. Mazāk virziena nekā FDM līnijām, taču joprojām ir redzama uz atstarojošiem metāliem.

Virsmas pārneses samazināšanas stratēģijas:

• Slīpējiet veidojošās virsmasar pakāpeniski smalkākiem putraimi (220 līdz 600), lai pirms lietošanas nojauktu slāņa līnijas. Šī ir vienkāršākā un visefektīvākā iejaukšanās FDM dies.
• Uzklājiet plānu epoksīda vai pildvielas slānilīdz veidnes virsmai un gludi noslīpēt. Tas aizpilda mikro-atstarpes starp slāņiem un veido nepārtrauktu veidojošu virsmu.
• Orientējiet izdrukutā slāņa līnijas veido paralēli materiāla plūsmas virzienam. Paralēlas līnijas rada mazāku vizuālo traucējumu nekā perpendikulāras izciļņi un samazina marķēšanas risku.
• Izmantojiet upurēšanas starpliku- plāna gluda polietilēna vai PTFE loksne starp presformu un sagatavi. Tas palielina atbilstību, bet novērš tiešu tekstūras pārnešanu uz kosmētikas detaļām.

Detaļām, kurām ir svarīga virsmas kvalitāte, plānojiet pēc-formēšanas apdari vai ieguldiet SLA-apdrukātās presformās ar slīpētām formēšanas virsmām. Strukturālajām daļām, kas ir paslēptas, nepabeigtas FDM formas tekstūra bieži ir pieņemama tāda, kāda tā ir.

Zinot, kuri metāli var veidoties jūsu veidnē un cik biezi jūs varat tos nospiest, tiek noteikts darbības aploksne. Nākamais jautājums ir kvantitatīvāks: tieši cik lielu spēku rada dotā formēšanas darbība, un vai jūsu kauliņš to izturēs?

Spēka aprēķini un preses tonnāžas ierobežojumi

Jūs zināt, kuru metālu veidojat un cik tas ir biezs. Jūs esat izvēlējies presformas materiālu ar zināmu spiedes izturību. Kritiskais solis starp šiem diviem datu punktiem ir precīzi noteikt, cik lielu spēku formēšanas darbība rada - un vai jūsu drukātā forma var to absorbēt bez katastrofālas kļūmes. Šis ir 3D drukāto presformu formēšanas spēka aprēķins, ko lielākā daļa vadotņu nekad nepievērš.

Formēšanas spēka noteikšana lokšņu metālam

Standarta gaisa{0}}liekuma tonnāžas formula,plaši izmanto presēšanas bremžu darbībās, nodrošina uzticamu sākumpunktu:

Veidošanas tonnāža={[575 x (Materiāla biezums²)] / Die -atveres platums / 12} x lieces garums x materiāla faktors

Materiāla biezums, veidnes -atvēruma platums un lieces garums ir norādīts collās. Konstante 575 ir kalibrēta pret AISI 1035 auksti velmētu tēraudu ar 60 000 PSI stiepes izturību. Lai to pielāgotu citiem metāliem, jums jāpiemēro materiāla koeficients - lokšņu metāla stiepes izturības attiecība pret 60 000 PSI bāzes līniju. Daži izplatīti faktori:

• Mīkstais alumīnijs (H-sērija): 0.5
• T-6 alumīnijs: 1.0 - 1.2
• Viegls tērauds (AISI 1035): 1.0
• 304 nerūsējošais tērauds (84 000 PSI stiepes spēks): 1.4
• Misiņš (atlaidināts, ~45 000 PSI stiepes spēks): 0.75

Iedomājieties, ka jūs saliecat 1,0 mm (0,040 collas) atkvēlinātu alumīniju virs 6 mm (0,25 collas) formas atveres ar 100 mm (4 collas) izliekuma garumu. Šo vērtību pievienošana: {[575 x (0,040²)] / 0,25 / 12} x 4 x 0.5=aptuveni 0,06 tonnas jeb aptuveni 540 N spēks. Tas ir ērti, ko nodrošina lielākā daļa neilona vai polikarbonāta presformu.

Attiecības ir svarīgi internalizēt: veidojošais spēks palielinās līdz arkvadrātsno materiāla biezuma. Divkāršojiet loksnes biezumu, un jūs četrkāršojat nepieciešamo spēku. Šī eksponenciālā mērogošana ir iemesls, kāpēc pastāv iepriekšējā sadaļā norādītie biezuma ierobežojumi - drukātās formas ātri sasniedz saspiežamos griestus, palielinoties gabarītiem.

Nospiediet tonnāžas ierobežojumus drukātajiem instrumentiem

Cik lielu spēku var izturēt drukāts presforms? Atbilde ir, salīdzinot aprēķināto formēšanas spēku ar matricas spiedes stiprību, kas sadalīta pa tā saskares laukumu.

Lūk, konceptuālais ietvars: ja jūsu matricas virsmas kontakta laukums ir 500 mm²un presformas materiāla spiedes tecēšanas robeža ir 100 MPa, teorētiskā maksimālā slodze pirms paliekošās deformācijas ir 50 000 N (aptuveni 5 metriskās tonnas). Preses tonnāžas ierobežojums plastmasas instrumentiem ir vienkārši matricas saskares laukums, kas reizināts ar spiedes tecēšanas robežu, pēc tam samazināts ar drošības rezervi.

Galvenie mainīgie lielumi, kas inženieriem jāņem vērā, nosakot, vai drukātā matrica iztur noteiktu darbību:

• Lokšņu metāla stiepes izturība- tieši nosaka formēšanas spēku, izmantojot materiāla faktoru
• Loksnes biezums (kvadrātveida)- dominējošais mainīgais spēka vienādojumā
• Liekuma garums- garāki līkumi rada proporcionāli lielāku kopējo spēku
• Die{0}}atvēruma platums- šaurākas atveres koncentrē spēku un palielina tonnāžas prasības
• Die kontakta zona- lielākas saskares virsmas sadala spēku lielākam materiālam, samazinot vietējo spriegumu
• Preses materiāla spiedes tecēšanas robeža- maksimālais spriegums, ko veidne var izturēt bez paliekošas deformācijas
• Drošības faktors- obligātā samazināšana, kas tiek piemērota, lai ņemtu vērā materiālu mainīgumu un pēkšņu atteices režīmus

Īpaši jāuzsver drošības rezerve ar piedevām ražotām štancēšanas presformām. Tērauda presformas, kas noslogotas pāri to kapacitātei, pakāpeniski deformējas - tās sēņo, tās redzami padodas, tās brīdina. Iespiestas polimēru presformas nav. Tie saplīst pēkšņi un bez iepriekšējas deformācijas, īpaši cietie sveķi un ar stiklu pildīti materiāli. Šis trauslais atteices režīms nozīmē, ka jūs nevarat paļauties uz vizuālu pārbaudi, lai atklātu pārslogotu matricu, kas tuvojas tās robežai.

Polimēru presformām izmantojiet minimālo drošības koeficientu 3x -, kas nozīmē, ka jūsu aprēķinātais formēšanas spēks nedrīkst pārsniegt vienu-trešdaļu no presformas teorētiskās spiedes jaudas. Stingrajiem sveķiem, kas neizdodas bez brīdinājuma, piemērotāks ir 4x drošības koeficients. Tikai izturīgs neilons un polikarbonāts, kam ir zināma plastiska deformācija pirms lūzuma, var attaisnot darbu, kas ir tuvāks 2,5 x robežai.

Praktiska pārbaude: aprēķiniet savu formēšanas spēku, izmantojot iepriekš minēto formulu, sadaliet veidnes spiedes spēju (izneses stiprums x kontakta laukums) ar šo spēku un pārbaudiet, vai iegūtā attiecība atbilst jūsu drošības slieksnim. Ja tā nav, jums ir trīs iespējas - palielināt veidnes kontakta laukumu, pāriet uz izturīgāku presformas materiālu vai samazināt loksnes biezumu. Drukātas formas palaišana tuvu aprēķinātajam ierobežojumam nav izmaksu-taupīšanas pasākums. Tas ir ceļš uz pēkšņu instrumenta atteici, bojātām sagatavēm un iespējamiem preses bojājumiem.

Šie spēka aprēķini parāda, vai viens veidojošs gājiens ir izdzīvojams. Taču instrumentu ekonomija ir atkarīga no vairāk nekā viena gājiena - matricas kalpošanas ilguma, iterācijas izmaksām un nelīdzenuma-apmēra salīdzinājumā ar tradicionālajiem mehāniski apstrādātajiem instrumentiem, kas nosaka, vai drukātās veidnes patiešām ietaupa naudu visā projekta dzīves ciklā.

Izmaksu-ieguvumu sistēma un nelīdzsvarotības-līdzsvara analīze

Iespiesta presforma, kas maksā 40 USD, izklausās kā skaidrs laimests pār 2000 USD vērtībā apstrādātu instrumentu. Taču šajā salīdzinājumā netiek ņemts vērā tas, kas faktiski nosaka projekta izmaksas: cik detaļu katrs presētājs saražo pirms kļūmes, cik dizaina iterāciju jūs sadedzināt un kādā apjomā lētākais rīks pārstāj būt lētāks. Reālās 3D drukāto presformu izmaksu un CNC mehānisko instrumentu salīdzinājumam ir nepieciešams kopējo īpašumtiesību izmaksu objektīvs -, kas ņem vērā instrumentu, iterācijas un -daļu ekonomiku visā izstrādes lokā.

Maksa par detaļu, pārsniedzot die kalpošanas laiku

Apdrukātās formas detaļu skaits krasi atšķiras atkarībā no materiāla un formas smaguma pakāpes. Labi-izstrādāta neilona presforma, kas veic vienkāršus izliekumus plānā alumīnijā, var izturēt 200 līdz 500 ciklus. Cieta sveķu veidne ar mērenu slodzi var saplaisāt pēc 50 līdz 150 daļām. PLA? Bieži vien viens cipars pirms redzamas degradācijas.

Šis kalpošanas laiks tieši nosaka vienas detaļas izmaksas ar 3D drukātajām presformām. 40 ASV dolāru neilona presforma, kas ražo 200 labas detaļas, maksā 0,20 USD par vienu instrumentu daļu. 2000 $ CNC{8}}apstrādāta tērauda presforma, kas ražo 100 000 detaļu, maksā 0,02 $ par detaļu. Pēc nominālvērtības tērauds uzvar -, taču tikai tad, ja jums patiešām ir vajadzīgas 100 000 detaļas un dizains nekad nemainās.

Reālo izmaksu vienādojums, aizņemotiesKopējās īpašumtiesību izmaksasizmanto dažādos ražošanas procesos, izskatās šādi:

Kopējās projekta rīku izmaksas=(izmaksas par katru dienu x atkārtojumu skaits) + (neizdevušās izdrukas x materiālu izmaksas) + pēcapstrādes darbs-

Katra dizaina pārskatīšana nozīmē jaunu formu. Ar drukātiem instrumentiem šī pārskatīšana maksā 40 USD un četras stundas. Ar mehāniskiem instrumentiem tas maksā 2000 USD un divas līdz četras nedēļas. Ja jūsu projektā tiek veiktas sešas iterācijas pirms detaļas ģeometrijas pabeigšanas - izplatīts scenārijs jauna produkta izstrādē -, drukātā instrumenta ceļš maksā aptuveni 240 ASV dolārus. Mehāniski apstrādātais ceļš maksā 12 000 ASV dolāru, pieņemot, ka jūs pat daudz reižu{12}}pārgriežat, tā vietā, lai minētu un cerētu.

Nelīdzsvarot{0}}analīze salīdzinājumā ar tradicionālajiem rīkiem

Drukāto štancēšanas presformu rentabilitātes apjoms atrodas krustpunktā, kur kumulatīvās izmaksas par vienu -detaļu drukātā presformā ir vienādas ar mehāniski apstrādātas presformas amortizētajām izmaksām. Zem šī apjoma uzvar drukāšana. Virs tā pārņem mehāniskā apstrāde.

Modelis ir skaidrs: prototipu izstrādes un apstiprināšanas fāzē dominē drukātās presformas, kurās dizaini bieži mainās un ražošanas apjomi nav īstenojušies. Nozares dati apstiprina šo dinamisko - 3D drukāšanu, saglabājot relatīvi plakanu izmaksu līkni, kas dod priekšroku maziem daudzumiem, savukārt procesi ar lieliem instrumentiem kļūst ekonomiski tikai tad, kad NRE tiek sadalīts tūkstošiem vienību.

Iterāciju skaits ir slēptais reizinātājs. Projekts ar diviem dizaina grozījumiem var sabojāties pat pie 300 detaļām uz mehāniski apstrādātiem instrumentiem. Tas pats projekts ar astoņām versijām - nav nekas neparasts agrīnā-produkta izstrādes posmā -, iespējams, neizdosies līdz pat 2000 detaļu, jo katra mehāniski apstrādāta presformas pārskatīšana palielina tūkstošiem zaudēto izmaksu. Apdrukātās formas gandrīz par velti absorbē dizaina nestabilitāti.

Kur pazūd ekonomiskās priekšrocības: kad jūsu dizains ir iesaldēts, apjoms pārsniedz 500 daļas, un diegu kalpošanas laiks ir svarīgāks par iterācijas ātrumu. Tajā brīdī izturības atšķirības pārspēj sākotnējos izmaksu ietaupījumus, un katra atkārtotā-druka palielina berzi, ko pilnībā novērš viena rūdīta tērauda presforma.

Šajā pārtraukumā{0}}pat matemātika pieņem, ka jūsu drukātā matrica darbojas izolēti. Praksē daudzas komandas paplašina noderīgo drukāto instrumentu klāstu, apvienojot tos ar tradicionālo materiālu - hibrīda pieejām, kas palielina presēšanas ilgumu un iespējas, kas pārsniedz to, ko var sasniegt tīrs polimērs atsevišķi.

Hibrīdās pieejas un ātrās apstiprināšanas stratēģijas

Tīra polimēra presformām ir griesti. Tīra mehāniski apstrādāta tērauda presformām ir zemākā cena. Starp šīm divām galējībām ir virkne hibrīdu instrumentu lokšņu metāla prototipu veidošanai, kas aizņem no abām pasaulēm -, izmantojot drukāto ģeometriju kā pamatu, vienlaikus pievienojot tradicionālos materiālus tieši tur, kur tie ir nepieciešami, lai izturētu lielākas slodzes, pagarinātu kalpošanas laiku vai uzlabotu virsmas kvalitāti.

Tās nav eksotiskas metodes. Tie ir praktiski jauninājumi, kurus komandas pakāpeniski piemēro, veidojot prasības, kas pārsniedz to, ko spēj nodrošināt atsevišķa drukāta presforma.

Apdrukāto presformu pastiprināšana ar metāla ieliktņiem

Visizplatītākais drukātā presformas bojājuma punkts ir formēšanas mala - mazais rādiuss, kurā lokšņu metāls liecas ap instrumentu. Šī koncentrētā kontakta zona redz maksimālo spiedes spriegumu un nolietojas visātrāk. 3D drukāto presformu pastiprināšana ar metāla ieliktņiem šajās kritiskajās zonās ievērojami pagarina instrumenta kalpošanas laiku, nepārbūvējot visu veidni no tērauda.

Pieeja ir vienkārša: izveidojiet matricas korpusu ar padziļinātām kabatām augsta-nodiluma vietās, pēc tam piespiediet-ielieciet vai piestipriniet šajās kabatās rūdīta tērauda tapas, dībeļus vai mehāniski apstrādātus ieliktņus. Apdrukātais korpuss apstrādā lielapjoma ģeometriju un izlīdzināšanu, bet metāla ieliktnis apstrādā faktisko formēšanas kontaktu. Matrica, kas var izturēt 100 ciklus, jo tīrs neilons var sasniegt 1,000+ ciklu ar tērauda-ieliktņa malām.

Kopējās ievietošanas stratēģijas ietver:

• Rūdītas dībeļu tapas lieces rādiusos, kur lokšņu metāls aptin ap formas malu
• Plakanas slīpētas tērauda plāksnes, kas savienotas ar formēšanas virsmu, lai nodrošinātu vienmērīgu slodzes sadalījumu
• Vītņoti ieliktņi, kas iegulti drukāšanas laikā (izmantojot pauzes{0}}un-ievietošanas paņēmienus) montāžas un izlīdzināšanas funkcijām

Atbalsta stratēģijas pagarinātam mūža ilgumam

Ja presformas ģeometrija ir sarežģīta, bet struktūras pieprasījums pārsniedz to, ko spēj izturēt cietā{0}}aizpildījuma plastmasa, apdrukātā apvalka atbalstīšana ar stingru pildvielu trauslu instrumentu pārvērš par izturīgu. Ar epoksīda pamatni apdrukāti 3D veidņu apvalki ir īpaši efektīvi, - ja drukājat ar plānām-sienu veidnēm ar precīzām formēšanas virsmām, pēc tam aizpildiet iekšējo dobumu ar alumīnija-pildīto epoksīda vai strukturālo uretānu.

Pētījumi parhibrīds ātrs instruments ar dažādiem pamatnes materiāliematklāja, ka alumīnija pamatne nodrošināja vislabāko izmaksu, izmēru precizitātes un procesa efektivitātes līdzsvaru, - uzlabojot veiktspēju par 68%, salīdzinot ar neatbalstītajiem instrumentiem, vienlaikus saglabājot transkripcijas ātrumu virs 93%.

Tālāk ir sniegta hibrīda pastiprināšanas stratēģiju attīstība, kas sakārtota no vienkāršākās līdz vismodernākajai:

1. Smilšu un pārklājumu veidojošās virsmas- Aizpildiet slāņa līnijas ar plānu epoksīdu, gludi noslīpējiet. Palielina virsmas izturību bez strukturālajām izmaiņām veidnes korpusā.
2. Piespiediet-ielieciet metāla ieliktņus pie nodiluma malām- Tērauda dībeļi vai zemējuma tapas lieces rādiusos. Pagarina malu kalpošanas laiku 5-10x ar minimālu dizaina sarežģītību.
3. Epoksīda{0}}aizpildiet veidnes iekšpusi- Izdrukājiet dobu apvalku ar precīzu ārējo ģeometriju, pēc tam ielejiet iekšā ar alumīniju-pildītu epoksīdu. Epoksīds nodrošina saspiešanas atbalstu, savukārt apdrukātais apvalks saglabā izmēru precizitāti.
4. Apdrukāta presforma ar līmi apstrādātai metāla pamatnes plāksnei- Izmantojiet apdrukāto komponentu kā precīzas formēšanas virsmu, pieskrūvētu vai savienotu ar tērauda vai alumīnija plāksni, kas absorbē lielapjoma presēšanas spēku. Tas atdala ģeometrijas problēmu (tiek apstrādāta ar drukāšanu) no strukturālās problēmas (kuru risina metāls).
5. Izmantojiet apdrukātas presformas kā paraugus liešanas uretāna vai epoksīda instrumentiem- Izdrukājiet precīzu galveno ģeometriju, pēc tam izmetiet ražošanas-pakāpes uretāna vai epoksīda kompozītmateriālus no šī pamatnes. Viens drukāts raksts rada vairākas liešanas formas, no kurām katra ilgst simtiem ciklu. Šī pieeja ir lietderīga, ja jums ir nepieciešami vairāki identiski presformu komplekti vai ja pats drukātais materiāls nevar tikt galā ar formēšanas vidi.

Katrs solis uz augšu palielina izmaksas un laiku, kā arī palielina stangas iespējas. Galvenais ieskats ir tāds, ka jums nav jāizvēlas starp drukāto un parasto -, tos apvienojat saskarnē, kurā katra tehnoloģija darbojas pēc iespējas labāk.

Detaļu apstiprināšana pirms pilnīgas instrumentu ieguldīšanas

Hibrīda presformas atrisina instrumentu izturības problēmu. Bet ir plašāks validācijas jautājums, uz kuru nevar atbildēt tikai drukātās formas: vai apzīmogotā daļa patiešām darbosies tās galīgajā pielietojumā? Izveidots prototips, kas izgatavots no apdrukātas formas, apstiprina ģeometriju un pamata piemērotību, tomēr tas var neatspoguļot materiāla izturēšanos, atsperes atsperes īpašības vai ražošanas -apzīmogotās daļas virsmas kvalitāti.

Šeit izstrādes darbplūsma gūst labumu no apzīmogoto detaļu apstiprināšanas pirms ražošanas instrumentiem, izmantojot papildu ceļu. Tā vietā, lai pārietu tieši no drukātiem -formu prototipiem uz 10 ASV dolāriem,000+ rūdītām ražošanas presformām, pieredzējušas komandas ievieto ātru prototipēšanas posmu, kurā tiek ražotas īstas metāla detaļas -, izmantojot CNC apstrādi vai profesionālu lokšņu metāla izgatavošanu -, lai apstiprinātu izgatavojamību un funkcionālo veiktspēju.

Loģika ir skaidra: jūsu drukātā veidne pierādīja, ka ģeometrija darbojas. CNC-prototips vai izgatavots metāla paraugs pierāda, ka detaļa darbojas reālos apstākļos, ar ražošanas -reprezentatīvām materiāla īpašībām un virsmas apdari. Šī divu-pakāpju validācija novērš DFM problēmas (iegrimes leņķi, minimālie rādiusi, atsperes-atzveltnes), pirms veicat kapitāla ieguldījumu ražošanas instrumentos.

Komandas, kas izmanto tādus pakalpojumus kāYICHEN ātrā prototipu izstrādepietuviniet šo plaisu, apvienojot CNC apstrādi un lokšņu metāla izgatavošanu, lai iegūtu funkcionālus metāla paraugus ar agrīnu DFM atgriezenisko saiti. Rezultāts ir apstiprināts detaļu dizains -, kas apstiprināts gan ģeometriski (ar drukātām presformām), gan funkcionāli (izmantojot prototipa metāla daļas) - pirms jebkādas ražošanas formas griešanas. Šī divu-pakāpju validācija parasti ietaupa daudz vairāk līdzekļu, no kuriem izvairīties, nekā maksā prototipēšanas pakalpojumos.

Hibrīdās stratēģijas paplašina to, ko drukātās formas var fiziski paveikt. Taču katrai pieejai joprojām ir robeža - punkts, kurā materiāla nogurums, spēka prasības vai tilpuma prasības pārsniedz to, ko var droši izturēt jebkura drukāta un pastiprināta instrumentu kombinācija.

Ierobežojumi un laiks, lai pārietu ārpus drukātajām matricām

Katrai instrumentēšanas metodei ir atteices aploksne. Iespiestas presformas nav izņēmums, un izlikšanās pretējo var graut visu, kas šajā rokasgrāmatā ir noteikts. 3D drukāto presformu bojājumu režīmi un ierobežojumi ir reāli, paredzami un -, ja tos ignorē, - dārgi. Precīzi zinot, kur šie rīki sabojājas, varat tos droši izmantot to iespēju logā un pāriet uz grūtāku rīku īstajā brīdī, nevis pārāk vēlu.

Kad Printed Dies Fail

Kļūme ne vienmēr izskatās pēc dramatiskas plaisas vidus{0}}trieciena. Biežāk tā ir pakāpeniska degradācija, kas rada arvien neprecīzākas detaļas, līdz matrica kļūst nelietojama. Tālāk ir norādīti konkrētie scenāriji, kad drukātie rīki sasniedz savu robežu.

• Tonnāžas griesti pārsniegti:Polimēru presformas nevar izturēt spēkus, kas pārsniedz to spiedes tecēšanas robežu, kas reizināta ar saskares laukumu, pat vienu reizi. Atsevišķs pārslodzes gadījums izraisa tūlītēju cieto sveķu trauslumu vai termoplastu paliekošu drupināšanu. Nav atkopšanas - kauliņš ir lūžņs.
• Drukas formas nogurums un šļūde zem slodzes:Pat ja spēks ir krietni zem viena{0}}gājiena robežas, atkārtota riteņbraukšana rada kumulatīvus bojājumus.Šļūdes deformācija 3D drukātajos polimērosrodas, kad molekulārās ķēdes paslīd viena otrai garām ilgstoša vai atkārtota stresa ietekmē, kā rezultātā laika gaitā notiek pastāvīgas izmēru izmaiņas. FDM plastmasa ir īpaši jutīga, jo to zemākā kušanas temperatūra nozīmē, ka vides siltums paātrina šo molekulāro kustību. Matrica, kas lieliski mēra pirmajā ciklā, var būt par 0,1–0,3 mm lielāka par 200. ciklu.
• Temperatūras jutība:Temperatūra darbnīcā virs 30-35 grādiem C ievērojami mīkstina PLA un standarta sveķus. Berzes -izraisīja siltumu ātras braukšanas laikā, kas rada problēmu. Prece, kas labi darbojas laboratorijā ar klimata kontroli, var sabojāties vasaras garāžā vai rūpnīcas grīdā bez gaisa kondicionēšanas.
• Ģeometriskās sarežģītības robežas:Dziļa vilkšana, saliktas līknes ar šauriem rādiusiem un progresīvas štancēšanas darbības rada daudzvirzienu spriedzes stāvokļus, ar kuriem drukātie materiāli tiek slikti apstrādāti. Stiepes slodzes pāri slāņu saitēm FDM presformās vai sprieguma koncentrācijas pie plānām sveķu presformām rada neparedzamus bojājuma punktus, kurus nekompensē neviens pildījuma daudzums.
• Virsmas degradācija:Veidojot kontaktu, pakāpeniski noberzt un pulēt presformas virsmu, mainot klīrensa izmērus un virsmas tekstūras pārnesi. Mīkstie materiāli, piemēram, neilons, nodilst ātrāk nekā cietie sveķi, taču sabojājas daudz elegantāk - kompromiss ir lēnāka noārdīšanās salīdzinājumā ar pēkšņu plaisāšanu.
• Izmēru novirze bez brīdinājuma:Atšķirībā no tērauda presformām, kas redzami deformējas pirms atteices, polimēru presformas var izlīst pēc izmēriem, vienlaikus izskatoties neskartas. Problēma nebūs redzama, kamēr izveidotajām daļām netiks veikta pārbaude. Polimēru šļūde notiek pat istabas temperatūrā to viskoelastības dēļ, kur ilgstoša slodze izraisa ķēdes izstiepšanos un neatgriezenisku pārkārtošanos.

Tilpuma slieksnis 3D drukātiem štancēšanas instrumentiem parasti ir no 200 līdz 500 daļām labi izstrādātām termoplastiskām presformām un 50 līdz 150 daļām sveķu presformām ar mērenu slodzi. Tās nav stingras robežas - tās mainās atkarībā no materiāla izvēles, veidošanās smaguma pakāpes un vides apstākļiem. Bet tie ir zona, kurā kumulatīvs nodilums, šļūde un izmēru novirze padara katru nākamo daļu mazāk uzticamu nekā iepriekšējā.

Apjoma sliekšņi un pāreja uz ražošanas instrumentiem

Zināt, kad pārslēgties no drukātajām presformām uz mehāniski apstrādātām, nav vienīgais lēmuma pieņemšanas punkts. Tas ir progress, kas seko dabiskajam produktu attīstības lokam:

1. Drukātas presformas ģeometrijas apstiprināšanai (1–50 daļas):Pārliecinieties, ka lieces leņķi, formas dziļums un kopējā forma darbojas, kā paredzēts. Pieņemiet virsmas nepilnības un izmēru novirzes kā ātruma cenu.
2. Ātri{0}}prototipētas metāla daļas funkcionālai pārbaudei (5–20 daļas):Kad ģeometrija ir apstiprināta, izmantojot drukātu{0}}formēšanu, ražojiet reālas metāla daļas, izmantojot CNC apstrādi vai profesionālu ražošanu, lai pārbaudītu materiāla darbību, atsperu{1}}atgriešanos un veiktspēju reālos ekspluatācijas apstākļos. Pakalpojumi, piemēramYICHEN ātrā prototipu izstrādepārvarēt šo plaisu, nodrošinot CNC{0}}prototipu un izgatavotas metāla daļas, kas apstiprina izgatavojamību, - novēršot DFM problēmas, pirms investējat rūdītos instrumentos.
3. Ražošanas rīki apjomam (500+ daļas):Ja ģeometrija ir apstiprināta un izgatavojamība ir apstiprināta, ieguldiet CNC{0}}apstrādātās tērauda presformās ar pārliecību, ka negaidīs dārgs pārskatīšanas cikls.

Šī pakāpeniskā pieeja samazina kopējo projekta risku. Apdrukātās formas absorbē agrīnās izstrādes dizaina nestabilitāti. Ātrās-metāla daļas ar prototipu apstiprina, ka galīgais dizains patiešām ir ražojams lielā mērogā. Ražošanas presformas tiek sagrieztas tikai vienu reizi, lai iegūtu iesaldētu dizainu.

Pirms apņematies izmantot jebkuru pieeju, izlasiet šo novērtējuma kontrolsarakstu savam konkrētajam lietojumprogrammai:

• Vai jūsu formēšanas spēks ir mazāks par vienu{0}}trešdaļu no presformas materiāla spiedes jaudas? Ja nē, drukātie instrumenti ir maza izmēra.
• Vai jums ir nepieciešamas vairāk nekā 500 identiskas detaļas? Ja tā, tad ekonomika dod priekšroku mehāniski apstrādātiem presformiem neatkarīgi no drukātās formas iespējām.
• Vai veidotajai daļai ir nepieciešama virsmas apdares kvalitāte, kas zemāka par Ra 1,6? Iespiestas formas bez plašas apdares to nenodrošinās.
• Vai matrica darbosies temperatūrā virs 35 grādiem C? Materiāla mīkstināšanas un paātrinātas šļūdes faktors.
• Vai ģeometrija ietver dziļu vilkšanu vai saliktas formas ar stiepes spriegumu pāri veidnes virsmai? Tie iespiež drukātos materiālus neparedzamā atteices teritorijā.
• Vai ražošanas laikā varat izturēt izmēru izmaiņas no +/- 0.2 līdz 0,5 mm? Ja nepieciešama stingrāka konsistence, risinājums ir tērauda instrumenti.

3D drukātās štancēšanas presformas neaizstāj parastos instrumentus. Tie ir izstrādes-fāzes paātrinātājs, kas sabrūk nedēļu ilgo izpildes laiku un tūkstošiem dolāru stundās un kabatas maiņās - noteiktās iespējas. Izmantojiet tos tur, kur tie ir izcili, pārejiet, kad tie nav, un jūs sasniegsit ražošanas rīkus ātrāk, lētāk un ar mazāk pārsteigumiem nekā komandas, kuras pilnībā izlaiž validācijas darbības.

Bieži uzdotie jautājumi par 3D drukātajām štancēšanas presformām

1. Cik detaļu var izgatavot 3D drukāts štancēšanas presforms, pirms tas sabojājas?

Preses kalpošanas laiks lielā mērā ir atkarīgs no drukas materiāla un formēšanas smaguma pakāpes. Labi-konstruētas neilona vai polikarbonāta presformas, kas veic vienkāršus izliekumus plānā alumīnijā, parasti iztur 200 līdz 500 ciklus. Cietie sveķi pie mērenas slodzes ilgst aptuveni 50 līdz 150 daļas. PLA diegi bieži sabojājas, ja tiek lietots viens{8}}cipara numurs. Hibrīdās pieejas, piemēram, tērauda ieliktņu pievienošana lieces rādiusos vai epoksīda,{10}}aizpildot veidnes iekšpusi, var pagarināt kalpošanas laiku līdz 1,{12}} cikliem, pastiprinot augsta-nodiluma saskares zonas, vienlaikus saglabājot apdrukāto korpusu lielapjoma ģeometrijai.

2. Kādus metālus var apzīmogot ar 3D drukātiem presformiem?

Mīkstie, kaļamie metāli atlaidinātā veidā vislabāk darbojas ar polimēru presformām. Atkausēti alumīnija sakausējumi (1100, 3003, 5052, 6061-O) ir ideāli piemēroti, kam seko rūdīts misiņš, nedzīvs mīkstais varš un plāns-mēra vieglais tērauds. Nerūsējošais tērauds parasti ir augšējā robeža, kas attiecas tikai uz ļoti plāniem materiāliem (mazāk nekā 0,6 mm) ar augstas -stiprības materiāliem, piemēram, oglekļa-šķiedru neilonu. Pasūtot lokšņu metālu apdrukātai formēšanai, vienmēr norādiet atlaidinātu vai nemirstīgu rūdījumu, jo cietāks rūdījums var dubultot nepieciešamo lieces spēku.

3. Vai 3D drukātās štancēšanas presformas ir lētākas nekā CNC mehāniskie instrumenti?

Prototipu veidošanai un apjomiem, kas mazāki par 500 daļām, drukātās presformas maksā ievērojami mazāk. Viena neilona presforma maksā no 15 līdz 50 USD, salīdzinot ar 1500–10 000 USD par CNC{8}}apstrādātu tēraudu. Izmaksu priekšrocības pieaug ar katru dizaina iterāciju, jo pārskatītu presformu atkārtota drukāšana maksā kabatas izmaiņas salīdzinājumā ar atkārtotu{10}}apstrādi. Tomēr ekonomika ir pretēja virs 500 līdz 1000 detaļām, jo ​​apstrādāts tērauds ilgst no 50 000 līdz 500,{18}} cikliem, un vienas-detaļas instrumenta izmaksas ir mazākas par 0,10 ASV dolāriem. Komandas, piemēram, YICHEN ātrās prototipēšanas pakalpojums, palīdz pārvarēt šo plaisu, apstiprinot detaļu izgatavojamību, izmantojot CNC{21}}prototipu metāla paraugus, pirms tiek izmantotas dārgas ražošanas presformas.

4. Kāds ir labākais 3D drukas materiāls presformu štancēšanai?

Ar oglekļa-šķiedru-pastiprinātu neilonu nodrošina spēcīgāko kopējo veiktspēju lielākajai daļai štancēšanas veidņu lietojumu. Tas apvieno spiedes stiprību no 100 līdz 130 MPa ar izcilu izmēru stabilitāti, zemu termisko izplešanos un izturību pret šļūdei pie atkārtotām slodzēm. Budžeta prototipu veidošanai standarta neilons (PA6 vai PA12) nodrošina labu izturības un izmaksu līdzsvaru. Cietie inženiertehniskie sveķi no SLA printeriem nodrošina izcilu virsmas apdari un izotropiju, taču pārslodzes rezultātā pēkšņi neizdodas bez brīdinājuma. Materiāla izvēlei jāatbilst jūsu īpašajam formēšanas spēkam, ciklu skaitam un virsmas kvalitātes prasībām.

5. Kā aprēķināt, vai 3D drukātā presforma var veikt konkrētu formēšanas darbību?

Aprēķiniet nepieciešamo formēšanas spēku, izmantojot gaisa-lieces tonnāžas formulu, kurā tiek ņemts vērā loksnes biezums kvadrātā, lieces garums, presēšanas -atvēruma platums un materiāla reizinātājs, pamatojoties uz sakausējuma stiepes izturību. Pēc tam salīdziniet šo spēku ar matricas spiedes spēju (ražošanas stiprums, kas reizināts ar kontakta laukumu). Izmantojiet minimālo drošības koeficientu 3x termoplastiem un 4x cietajiem sveķiem, jo ​​polimēru presformas pēkšņi bez brīdinājuma saplīst atšķirībā no tērauda presformām, kas deformējas pakāpeniski. Ja drošības koeficients nokrītas zem sliekšņa, palieliniet veidnes kontakta laukumu, pārejiet uz izturīgāku materiālu vai samaziniet loksnes biezumu.