Аддитивное производство формовочной оснастки из полимерных и композитных материалов

Как известно, Индустрия 4.0 — это полностью основанный на алгоритмах, циклический, автоматизированный производственный процесс, и суть 3D-технологий заключается в постепенном переходе к этой модели. Ключевой особенностью этого процесса является внедрение роботизированных систем и 3D-оборудования для минимизации человеческого фактора и неточностей в стоимости на производственной линии. Конечный результат — замкнутый производственный цикл.

В контексте Industry 4.0 часто обсуждаются технологии металлической 3D-печати (SLM/DMLS, наплавка), но сегодня мы поговорим о не менее важной теме. полимерных Материалы и композиты.

3D-печать пластиками подразумевает послойное сплавление материалов с использованием

Филаментов, или нитей (FDM),
сплавленных зерен (FGF).

Первый метод доступен по цене и используется для любительских и профессиональных целей с максимальным бюджетом, в то время как второй метод предназначен для промышленных работ.

Рассмотрим подходящее оборудование и материалы для печати. оснастки Изготовление форм и их применение.

Обзор профессиональных FDM-принтеров и материалов

Какие из широко доступных материалов подходят для изготовления форм? Прежде всего, это

PETG — более высокая вязкость, более прочный, чем «чистый» PET, и гораздо более низкие температуры обработки.
ABS-CF (ABS с углеродными волокнами) — самый популярный на рынке композитный материал, способный выдерживать очень высокие нагрузки.
PEEK, ULTEM и ULTEM-CF — наиболее распространенные инженерные пластики для формовки, обладающие высокой огнестойкостью; печать на пленке ULTEM требует хорошего нагрева рабочей камеры и стола.

Рисунок 1: Профессиональный FDM-принтер компании Sharebot

Все эти материалы обрабатывают профессиональные 3D-принтеры Sherbot, которые мы эксклюзивно распространяем в России. Итальянский производитель разрабатывает и производит инновационные протезные системы на основе различных технологий, таких как FDM, LCD, SLS и DMLS, предназначенные для проектов малого и среднего бизнеса, НИОКР и образования.

Линейка FDM-принтеров Sharebot включает шесть моделей с различными размерами рабочей камеры, в том числе нестандартные модели. Запатентованные технологические решения компании включают автоматизированную калибровочную систему построения платформы, системы дистанционного управления принтером и специализированный сенсорный контроль подачи филамента. Также могут быть использованы материалы.

Свяжитесь с IQB Technologies: мы можем показать вам 3D-демонстрацию и разработать индивидуальное решение для вашей задачи.

Профессиональная 3D-печать формовочной оснастки : примеры внедрения

Силовая оснастка Гибка и конфигурирование металлических изделий

Популярным примером является 3D-печать пресс-форм оснастки в виде литого ножа. На рисунке 2 представлены варианты ножей с различной геометрией, включая аппаратную резку. Стороны печатаются наиболее экономичными и коммерчески доступными пластиками PETG и PLA, которые выдерживают нагрузку до 20 МПа, в зависимости от геометрии.

Рисунок 2. Напечатанные FDM литые лопатки отлично работают. Заполнение образцов не превышает 30%. Многие изделия готовы к загрузке машины сразу после снятия платформы©YouTub e-Proto G Engineering

Изделия печатаются с заполнением 15-20%. Это означает преимущества. Экономия материалов и производственных процессов. оснастки Производство ускоряется. Таким способом разливаются элементы из алюминия и нержавеющей стали толщиной 0,5 мм с толщиной листа от 1 до 3,5 мм.

Печать с составной геометрией

Маточные элементы не могут быть статичными; с помощью технологии FDM можно печатать маточные элементы из самых простых материалов PLA. В результате получается элемент сложного формата из алюминия или нержавеющей стали толщиной 2,5 мм.

Рисунок 3. Маточные элементы можно сделать подвижными. Огнестойкость. полимеры Выдерживает до 2 000 циклов форматирования при различных видах трения — свободный металл © YouTube — начинка сделана здесь

Ускоренная 3D-печать полых маток и перфораторов

Полые изделия можно печатать, экономя время и затраты. В примере проекта, показанном на рисунке 4, видно, что нержавеющая сталь толщиной до 3,5 мм изгибается из полых элементов с толщиной стенок всего 3 мм. Конечно, такие элементы можно было бы изготовить из фрезерованного материала, но использование 3D-принтера делает задачу гораздо более удобной для пользователя. быстрее и проще.

Рисунок 4. Испытания на алюминии и различных видах стали; Hollow Form показал себя хорошо и прошел все тесты©YouTub e-Grindhousepe

Промышленные 3D-решения

От локальных работ к более комплексным, включая создание крупномасштабных инструментов, мы теперь можем перейти от локального к глобальному. оснастки — Например, производство авиационных компонентов, шпинделей.

Для этих более крупных проектов мы предоставляем оборудование из промышленной секции Discovery 3D Printer (Испания). Это крупногабаритные 3D-принтеры на основе технологии FDM/FGF, позволяющие создавать оригиналы. оснастку рабочих изделий размером до 2,5 м.

Среди интересных особенностей 3D-принтера Discovery — коррекция печати Jaggery, открытая система материалов и возможность настройки принтера под нужды каждого клиента. Также следует отметить Super Discovery 3D Printer Workstation — двухфункциональную систему для 3D-печати и постобработки.

Рисунок 5. Линейка 3D-принтеров Discovery для промышленного производства протезов

Линейка продуктов Discovery 3D Printer:.

Discovery 3D Printer 2021: стандартная печать полимерной нитью (скорость 80-120 грамм/час),.
Super Discovery 3D Printer: прямая экструзия гранул с максимальной производительностью 1300 x 2500 x 1000 мм (до 8 кг в час),
Super Discovery 3D Printer Hybrid: гибридная система, печатающая полимерными филаментами в одном экструдере и бусинами в отдельном экструдере.
Super Discovery 3D Printer Compact: компактное FDM-решение со сборочной камерой 1100 x 800 x 500 мм,
Super Discovery 3D Printer Workstation: состоит из принтера FGF и резака для создания готовых изделий в закрытой системе.

Проекты промышленной 3D-печати формовочной оснастки

Крупномасштабная встраиваемая матрица из углеродного волокна

Boeing повсеместно использует 3D-печать для оптимизации операций и снижения затрат; последнее решение, запущенное в 2020 году, позволило снизить стоимость некоторых конструкций на 26%.

Рисунок 6. Совместный проект Boeing и Thermwood: создание пресс-форм по технологии FDM © thermwood. com

Промышленные 3D-принтеры отличаются не только высокой производительностью, но и высокой точностью, позволяя создавать большие матрицы для размещения различных материалов, например, углеродного волокна. Пресс-форма, показанная на рисунке 6, изготовлена с помощью большого портального роботизированного оборудования.

ULTEM в производстве пресс-форм оснастки

ULTEM 9085 широко используется для быстрого изготовления гидроформовочной оснастки в производстве листового металла и трубчатых деталей как эффективная альтернатива дорогостоящим формам, особенно в мелкосерийном производстве. Он используется для литья деталей из алюминия, стали и титановых сплавов, поскольку этот материал выдерживает давление штамповки до 70 МПа.

Для корпорации «Иркут». был изготовлен Матрица выдержала 700 циклов. изготовления металлического изделия; аналогичные результаты были получены при использовании Роствертола при изготовлении Сверление отверстий для гидроформовки деталей из листового металла.

3D-печатные детали были успешно отлиты из металла после оптимизации топологии

Рис. 8. Выжигаемая полимерная Резьба на основе ПММА была успешно использована в аксессуарах для круизных судов. Впоследствии оптимизированные легкие крепежные элементы были отлиты из алюминия©Maritime-executi. com.

Типологически оптимизированный продукт может быть напечатан с помощью программ контроля нагрузки и моделирования. Сначала элементы печатаются метакрилполиметилом, затем обжигаются с определенным содержанием золы и, наконец, получается металлическое изделие. Возможна трехмерная печать пристроек из ПММА или воска больших размеров.

Гладкость поверхности – необходимость, а не прихоть

Рисунок 9. Изделия, напечатанные и изготовленные на одной системе — 3D-принтер Super Discovery printer station

Инженеры часто сталкиваются с проблемами. Готовые изделия имеют неприемлемую шероховатость поверхности. Объект, изготовленные Технология FDM почти всегда требует постобработки для достижения необходимой гладкости.

Возвращаясь к рабочей станции 3D-принтера ProSthetic Machine Super Discovery, эта проблема успешно решается. Благодаря особой конструкции на платформе присутствуют и экструдер, и фрезерный механизм, что позволяет осуществлять весь производственный процесс, включая постобработку.

В то же время на определенных элементах разрабатываемого объекта можно получить гладкие поверхности. На рисунке 9 показан пример, иллюстрирующий, как сложная геометрия может быть создана с помощью сложной фрезерной поверхности. Процесс создания этого изделия показан на видео.

В целом, современные профессиональные и промышленные протезные системы оптимизированы для обработки различных полимерами Оборудование от авторитетных европейских производителей, таких как ShareBot и 3D Discovery Printer, позволяет сократить финансовые и временные затраты при создании сложных геометрий и устойчивых форм. и оснастку .

Эта статья была опубликована 05. 08. 2021 и обновлена 27. 04. 2023

О писателе.

Виктор Наумов технический эксперт в области технологии протезирования. Окончил экономический факультет (прикладная математика, основы информатики, информационные технологии, государственное управление). За пять лет работы на рынке 3D ему удалось протестировать львиную долю профессионального, промышленного и персонального оборудования, продаваемого в России. Виктор имеет уникальный подход, основанный на тестировании и опыте, но остается гибким, прекрасно понимая, что тенденции производства могут меняться. Он любит смену обстановки и любит путешествовать по разным городам и странам. Он активный спортсмен, занимается плаванием, очень любит баскетбол и стритбол, а также боевые искусства.